Visokotehnološki senzor vlage za agrikulturu

Pametni elektronički senzori za tlo mogli bi poljoprivrednicima omogućiti isporučivanje precizno prilagođenih doza vode svojim usjevima, povećavajući proizvodnju hrane uz uštedu vode. Istraživači na Sveučilištu za znanost i tehnologiju kralja Abdullaha u Saudijskoj Arabiji KAUST razvili su brz i izuzetno osjetljiv senzor vlage u tlu, u čijem središtu se nalazi metalno-organski okvir (MOF).

Učinkovito korištenje vode ključni je izazov za poljoprivrednike koji su suočeni s hranjenjem rastuće globalne populacije u uvjetima klimatskih promjena. "Upravljanje navodnjavanjem može pomoći u poboljšanju kvalitete usjeva, smanjenju poljoprivrednih troškova i očuvanju vode", kaže Mohamed Eddaoudi, koji je vodio istraživanje zajedno s Khaledom Salama. "Visoko osjetljivi i selektivni senzori vlage u tlu nude potencijal za poboljšanje procesa upravljanja vodom", dodaje Salama.

Eddaoudi i njegovi suradnici pokazali su da MOF-ovi mogu biti prikladni za mjerenje vlažnosti tla. MOF-ovi su visoko porozni sintetički materijali s unutarnjom strukturom poput kaveza koji se mogu prilagoditi za primanje specifičnih malih molekula, uključujući vodu. "Sa svojom modularnom poroznom strukturom i jednostavnom funkcionalizacijom, MOF-ovi su izvrsni kandidati za senzorske aplikacije," kaže Osama Shekhah, istraživač u Eddaoudijevom timu. "MOF tanki filmovi već su ugrađeni u elektroničke uređaje, utirući put njihovom prijenosu u stvarnu upotrebu", dodaje.

MOF-ovi u studiji odabrani su na temelju njihove hidrolitičke stabilnosti, kapaciteta za vodu i upijanja vode. "Istraživali smo nekoliko različitih MOF-ova, uključujući visoko porozni Cr-soc-MOF-1 koji je razvila naša grupa u KAUST-u", kaže doktorandica Norah Alsadun.

Tim je obložio MOF-ove na jeftin mikrosenzor s interdigitiranom elektrodom koji se može proizvesti inkjet ispisom ili laserskim jetkanjem. Kada je ovaj senzor umetnut u vlažno tlo, zrak u MOF-u istisnula je voda, mijenjajući njegov električni kapacitet, što je proces koji se može detektirati i mjeriti.

Svaki MOF uređaj testiran je u glinastim i ilovastim pješčanim tipovima tla, što može pokazati značajne razlike u teksturi i kapacitetu zadržavanja vode. "Primjetno je da je senzor vlage tla obložen Cr-soc-MOF-1 pokazao najveću osjetljivost. Odaziv senzora bio je vrlo selektivan za vodu čak i kada su različiti metalni ioni bili prisutni u tlu.

"Sada dizajniramo i razvijamo prijenosni prototip MOF-baziranog senzora vlage u tlu koji se lako može koristiti za kontrolne eksperimente u stvarnim mjerenjima na terenu", kaže Eddaoudi. "Predviđamo da će senzori vlage tla temeljeni na MOF-u unaprijediti tehnologiju senzora vlage tla sljedeće generacije, nudeći automatizirane i precizne sustave navodnjavanja", dodaje Salama.

Rad o istraživanju objavljen u časopisu ACS Applied Materials & Interfaces možete pronaći na ovoj poveznici.