- 紙質傳感器為全球農業(yè)監(jiān)測提供環(huán)保、經濟的途徑
- 來源：美國物理聯(lián)合會 發(fā)表于 2025/2/7
用于印刷濕度和溫度傳感器的干添加納米制造技術。圖片來源：馬蘇德・馬赫朱里 - 薩馬尼
歡迎游客購買當?shù)胤N植的農產品和肉類的溫室及露天農場，對糧食生產的重要性日益凸顯。農民不僅在尋找監(jiān)測環(huán)境條件的方法，以助力提升溫室作物的生長和產量，而且如何在儲存條件下保持收獲的食物新鮮，也是一個重大關切。
監(jiān)測和控制溫度與濕度的智能傳感器技術，在生產足夠糧食以滿足全球人口不斷增長的需求方面，發(fā)揮著至關重要的作用。
在《激光應用雜志》上，阿拉巴馬州奧本大學的研究人員介紹了基于紙質的溫度和濕度傳感器，該傳感器準確可靠且環(huán)保。
在各種作物種植環(huán)境中測量溫度和濕度，促使了眾多傳感器的研發(fā)，但要確保這些設備在保持環(huán)保和成本效益的同時還能有效工作，卻是一項挑戰(zhàn)。
“近年來，農業(yè)受到濕度和溫度等環(huán)境因素劇烈變化的嚴重沖擊，因此迫切需要創(chuàng)新解決方案，以在對環(huán)境影響最小的情況下提高生產力和改善品質，” 作者馬蘇德・馬赫朱里 - 薩馬尼說道。
柔性電子器件和傳感器的制造快速且簡便。用于生產這些傳感器的印刷技術包括氣溶膠噴射印刷、噴墨印刷、凹版印刷和絲網印刷等方法。由于這些技術的液體特性及其與可生物降解基材的不相容性，大多數(shù)印刷是在不可生物降解的塑料上進行的。
紙張是這些傳統(tǒng)塑料材料的絕佳替代品。其纖維素纖維提供了多孔表面，并且紙張可生物降解且資源豐富。
研究團隊通過一種稱為干添加納米制造的工藝，在四種市售紙張上印刷銀線，從而制造出溫度和濕度傳感器。
通過監(jiān)測印刷電極中儲存電能的能力變化（即電容）以及電阻率的變化，來確定溫度和濕度的變化。當紙張吸收水蒸氣時，測量其電容變化以反映環(huán)境的相對濕度。
溫度傳感機制依賴于電阻的變化。隨著溫度升高，金屬導體的電阻率會增加。
事實證明，這些傳感器對溫度和濕度水平的變化既可靠又敏感。它們成功檢測到了相對濕度從 20% 到 90% 的變化以及溫度從 25°C 到 50°C 的變化。此外，這些可生物降解的傳感器價格實惠且可重復使用，到了使用壽命結束時，還能安全處置。
“通過將干添加納米制造等先進技術與可生物降解基材相結合，這項研究將功能性與環(huán)境責任相結合，解決了人們對電子設備處置日益增長的擔憂，” 馬赫朱里 - 薩馬尼說。
“這種方法有望通過實現(xiàn)對植物生長關鍵因素的精確監(jiān)測，徹底改變智能農業(yè)實踐。”
更多信息：《激光輔助干印刷環(huán)保紙質濕度和溫度傳感器》，《激光應用雜志》（2025 年）。DOI: 10.2351/7.0001652
由美國物理聯(lián)合會提供
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