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科学家为植物造3D打印可穿戴式传感器 可测量农作物用水量

导读: 近日,爱荷华州立大学的科学家们正在使用3D打印来制作石墨烯传感器,这种传感器可以用来收集关于农作物用水的数据。传感器也可以用于生物医学诊断、建筑和其他领域。

近日,爱荷华州立大学的科学家们正在使用3D打印来制作石墨烯传感器,这种传感器可以用来收集关于农作物用水的数据。传感器也可以用于生物医学诊断、建筑和其他领域。

科学家为植物造3D打印可穿戴式传感器 可测量农作物用水量

利用一种技术可以产生精确的小至百万分之五十米的石墨烯图案,您可能会想知道为什么爱荷华州立大学正在使用这种技术为植物生产“纹身传感器”。

答案在于数据收集。通过将石墨烯传感器附加到植物上,爱荷华州立大学的科学家可以向研究人员和农民提供新的数据,帮助他们更好地了解植物背后的自然过程,并利用这些知识产生更好的结果-学术或商业。

爱荷华州植物科学家Patrick Schnable说:“借助这样的工具,我们可以开始培育更高效利用水的植物。我们以前不能这样做。但是一旦我们能够衡量一些东西,我们就可以开始培育它了。”

这种微小的植物传感器是由石墨烯制成的,这是一种原子厚的碳,它坚固而稳定,是一个很好的导体。这是一个非常有用的材料,但是操作起来相对困难,这意味着科学家们一直在寻找新的方法来充分利用该材料。

爱荷华州的研究人员试图在磁带上制作复杂的石墨烯图案,并且在3D打印的帮助下完成了这项工作。

这个过程开始于一位科学家在聚合物块表面上制作凹凸图案,使用3D打印机或者模制工艺。这提供了起点。接下来,将液体石墨烯溶液施加到块上,填充凹进的图案。

然后可以用磁带去除多余的石墨烯,然后再使用另一条磁带从石墨块上精确地去除石墨烯图案。最终的结果是一条完整的复杂3D打印石墨烯图案的磁带。

科学家为植物造3D打印可穿戴式传感器 可测量农作物用水量

这是一个可以导致高分辨率石墨烯排列的过程。可以使用这种工艺制作百万分之一米宽的,或者是人类头发宽度的二十分之一的图案,从而产生具有高度灵敏度的传感器。

这也是一个非常实惠的过程,可以吸引不同的用户:“这个制作过程非常简单,”爱荷华州电气和计算机工程副教授Liang Dong说。“你只需用磁带来制造这些传感器。成本只用美分来计算。”

在制造植物传感器时,研究人员使用对水蒸汽高度敏感的氧化石墨烯,通过改变其电导率来响应水蒸气的存在。这意味着传感器可以用来精确测量叶片的蒸腾(水蒸气释放)。

粘附式植物传感器已经在实验室和现场实验中成功地进行了测试,如果研究小组获得传感器技术专利,可以进一步发展。该技术的商业化也得到了EnGeniousAg的同意。

科学家对石墨烯传感器的潜力充满信心,石墨烯传感器除了研究作物之外,还可以用于其他领域,如生物医学诊断、检查建筑物的结构完整性、监测环境、检测作物是否有疾病或杀虫剂等等。

然而,现在,研究人员希望把大部分精力集中在他们开发的电站传感器上。

Dong先生说:“迄今为止,我们测试的基于磁带的传感器最令人兴奋的应用是工厂传感器。植物可穿戴电子传感器的概念是全新的。植物传感器非常小,可以检测植物的蒸腾作用,但不会影响植物生长或作物生产。”

据悉,该创新研究的结果已于最近发表在Advanced Materials Technologies杂志上。它的作者是Seval Oren、Halil Ceylan、Patrick S. Schnable和Liang Dong。

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