賓夕法尼亞州立大學:研發新型土壤傳感器可提高作物施肥效率

使用氮作為肥料是農業中的常見做法，目標是使用理想的量來獲得作物產量。當氮使用太少時，作物的產量可能低于水平。當使用過多時，肥料就會浪費，植物會燃燒，有害的氮氣會釋放到環境中。準確檢測氮水平 - 特別是以氣體形式損失的氮 - 可以幫助農民實現植物生長的施肥水平。

“植物生長也受到溫度的影響，溫度會影響土壤中的物理，化學和微生物過程，"共同作者，中國河北工業大學人工智能學院教授李陽說。“持續監測使農民能夠在溫度對他們的作物來說太熱或太冷時制定策略和干預措施。

不幸的是，氣體和溫度以及相對濕度變化都會導致傳感器電阻讀數的變化，因此傳感器無法區分它們。Cheng表示，能夠相互獨立地獲得氮氣和溫度測量值的傳感機制很少被報道。

Cheng的團隊設計并制造了一種高性能傳感器，以解耦氮損失和土壤溫度的檢測。多參數傳感器基于摻釩、激光誘導的石墨烯泡沫。氧化釩可以吸附氮氣并與氮氣相互作用，石墨烯中的摻雜金屬配合物也被發現可以提高氣體吸附和檢測靈敏度。

傳感器由可阻擋氮氣滲透的軟膜封裝，因此傳感器僅響應溫度變化。此外，可以移除封裝，傳感器在高溫下工作。這樣做消除了土壤中相對濕度和溫度的影響，從而可以準確測量氮氣。封裝傳感器和未封裝傳感器的組合可以解耦溫度和氮氣而不會受到干擾。

Cheng表示，可以利用解耦溫度變化和氮氣排放來設計和應用具有解耦傳感機制的多模式設備，以便在所有天氣條件下實現精準農業。

“同時檢測超低氮氧化物濃度和小溫度變化的能力為開發未來具有解耦傳感機制的多模態電子設備鋪平了道路，用于精準農業，健康監測和其他應用，"Cheng說。

來源：傳感器專家網