Tuproqshunoslik bo'yicha doktorant talabasi Shuohao Cai Viskonsin-Madison universitetining Xankok qishloq xo'jaligi tadqiqot stantsiyasida tuproqning turli chuqurliklarida o'lchash imkonini beruvchi ko'p funksiyali sensor stikeri o'rnatilgan sensor tayoqchasini joylashtirmoqda.
MADISON — Viskonsin-Madison universiteti muhandislari Viskonsin shtatining keng tarqalgan tuproq turlarida nitratni uzluksiz, real vaqt rejimida monitoring qilish imkonini beruvchi arzon sensorlarni ishlab chiqdilar. Ushbu bosma elektrokimyoviy sensorlar fermerlarga ozuqa moddalarini boshqarish bo'yicha ko'proq xabardor qarorlar qabul qilish va iqtisodiy foyda olishda yordam berishi mumkin.
“Bizning sensorlarimiz fermerlarga tuproqning ozuqaviy holati va oʻsimliklari uchun mavjud boʻlgan nitrat miqdorini yaxshiroq tushunishga yordam beradi, bu ularga aslida qancha oʻgʻit kerakligini aniqroq aniqlashga yordam beradi”, dedi Garvard universiteti dotsenti Jozef Endryu. Tadqiqot Viskonsin-Madison universitetining Mashinasozlik maktabi tomonidan olib borildi. “Agar ular sotib oladigan oʻgʻit miqdorini kamaytira olsalar, xarajatlarni tejash yirik fermer xoʻjaliklari uchun sezilarli boʻlishi mumkin.”
Nitratlar ekinlar o'sishi uchun muhim ozuqa moddasi hisoblanadi, ammo ortiqcha nitratlar tuproqdan chiqib, yer osti suvlariga kirishi mumkin. Bu turdagi ifloslanish ifloslangan quduq suvini ichadigan odamlar uchun zararli va atrof-muhit uchun zararli. Tadqiqotchilarning yangi sensori, shuningdek, nitratlarning yuvilishini kuzatish va uning zararli ta'sirini yumshatish bo'yicha eng yaxshi amaliyotlarni ishlab chiqishga yordam berish uchun qishloq xo'jaligi tadqiqot vositasi sifatida ham ishlatilishi mumkin.
Tuproq nitratini kuzatishning hozirgi usullari ko'p mehnat talab qiladi, qimmat va real vaqt rejimida ma'lumotlarni taqdim etmaydi. Shuning uchun bosma elektronika bo'yicha mutaxassis Endryu va uning jamoasi yaxshiroq va arzonroq yechim yaratishga kirishdilar.
Ushbu loyihada tadqiqotchilar yupqa plyonkali elektrokimyoviy sensor turi bo'lgan potentsiometrik sensorni yaratish uchun inkjet bosib chiqarish jarayonidan foydalandilar. Potensiometrik sensorlar ko'pincha suyuq eritmalardagi nitratni aniq o'lchash uchun ishlatiladi. Biroq, bu sensorlar odatda tuproq muhitida foydalanish uchun mos emas, chunki katta tuproq zarralari sensorlarni tirnashi va aniq o'lchovlarga xalaqit berishi mumkin.
"Biz hal qilishga harakat qilayotgan asosiy qiyinchilik, bu elektrokimyoviy sensorlarning og'ir tuproq sharoitlarida to'g'ri ishlashi va nitrat ionlarini aniq aniqlash yo'lini topish edi", dedi Endryus.
Jamoa yechimi sensorga poliviniliden ftorid qatlamini qo'yish edi. Endryusning so'zlariga ko'ra, bu material ikkita asosiy xususiyatga ega. Birinchidan, u juda kichik teshiklarga ega, taxminan 400 nanometr o'lchamda, bu esa nitrat ionlarining tuproq zarralarini to'sib qo'yish bilan birga o'tishiga imkon beradi. Ikkinchidan, u gidrofil, ya'ni suvni tortadi va uni gubka kabi shimib oladi.
“Shunday qilib, nitratga boy har qanday suv bizning sensorlarimizga singib ketadi, bu juda muhim, chunki tuproq ham shimgichga o'xshaydi va agar siz bir xil suvni yuta olmasangiz, sensorga namlikning kirishi borasida kurashda yutqazasiz. Tuproq salohiyati”, dedi Endryu. “Poliviniliden ftorid qatlamining bu xususiyatlari bizga nitratga boy suvni ajratib olish, uni sensor yuzasiga yetkazish va nitratni aniq aniqlash imkonini beradi.”
Tadqiqotchilar o'zlarining yutuqlarini 2024-yil mart oyida Advanced Materials Technology jurnalida chop etilgan maqolada batafsil bayon qilishdi.
Jamoa o'z sensorini Viskonsin bilan bog'liq ikki xil tuproq turida - shtatning shimoliy-markaziy qismlarida keng tarqalgan qumli tuproqlarda va Viskonsinning janubi-g'arbiy qismida keng tarqalgan loyli qumloqlarda sinab ko'rdi va sensorlar aniq natijalar berishini aniqladi.
Tadqiqotchilar endi o'zlarining nitrat sensorlarini "sensor stikeri" deb ataydigan ko'p funksiyali sensor tizimiga integratsiya qilmoqdalar, bu tizimda uch xil turdagi sensorlar yopishqoq asos yordamida egiluvchan plastik yuzaga o'rnatiladi. Stikerlarda shuningdek, namlik va harorat sensorlari ham mavjud.
Tadqiqotchilar ustunga bir nechta sensorli stikerlarni yopishtiradilar, ularni turli balandliklarga qo'yadilar va keyin ustunni tuproqqa ko'madilar. Ushbu o'rnatish ularga turli tuproq chuqurliklarida o'lchovlar o'tkazish imkonini berdi.
"Turli chuqurliklarda nitrat, namlik va haroratni o'lchash orqali biz endi nitratni eritib yuborish jarayonini miqdoriy jihatdan aniqlashimiz va nitratning tuproq orqali qanday harakatlanishini tushunishimiz mumkin, bu ilgari mumkin emas edi", dedi Endryus.
2024-yil yozida tadqiqotchilar sensorni qo'shimcha sinovdan o'tkazish uchun Viskonsin-Madison universitetidagi Xankok qishloq xo'jaligi tadqiqot stansiyasi va Arlington qishloq xo'jaligi tadqiqot stansiyasida tuproqqa 30 ta sensor tayoqchasini joylashtirishni rejalashtirmoqdalar.
Joylashtirilgan vaqt: 2024-yil 9-iyul