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石墨烯的“纹身”能告诉你植物是否“渴了”

发布时间:2018-1-12 11:53:28      阅读187

  不同的植物对于水分的需求也是不同的,来自爱荷华州立大学的科研专家找到了全新的方法,利用石墨烯制成的条状湿度传感器,附着在叶片上就能知道需要多少水分。
  近期,《先进材料技术》(Advanced Materials Technologies)刊发了美国爱荷华州立大学的科研人员利用石墨烯为植物制造可穿戴式传感器,从而可以测量农作物的用水量的最新研究成果。该论文题为“High-Resolution Patterning and Transferring of Graphene-Based Nanomaterials onto Tape toward Roll-to-Roll Production of Tape-Based Wearable Sensors”。论文被该杂志选为Cover Picture配图文章。

  植物的生长离不开水,但不同的植物对于水分的需求也是不同的,那么日常培育过程中如何才能有效地掌握这个度呢?这往往需要他人的传授或者积累的经验,不过来自爱荷华州立大学的科研专家找到了全新的方法,利用石墨烯制成的条状湿度传感器,附着在叶片上就能知道需要多少水分。

  美国爱荷华州立大学植物学家Patrick Schnable简单描述了他如何测量两种玉米植物将水分从根部移到下部叶子然后到上部叶子的时间的实验过程。
  该项目由Liang Dong教授带队,首先在塑料块表面创建一排特定带有图案的凹口,然后将含有石墨烯的液态溶液填充到凹口中。在溶液干后再放置一层胶带贴在叶片上。
  而使这些水测量成为可能的工具,是一个可以贴在植物上的小型石墨烯传感器——研究人员将其称为“植物纹身传感器”。这项研究中的带状石墨烯制备技术也被用于生产可穿戴的应变和压力传感器,其中包括传感器内置于测量手部运动的“智能手套”。

  他说:“有了这样的工具,我们就可以开始培育更高效利用水的植物。“真令人兴奋。我们以前无法做到这一点。但是,一旦我们能够衡量一些东西,我们就可以开始理解它了。“
  Dong表示,这种处理方式非常的简单,而且制作成本也非常的低廉。科研团队通过检测这些条状胶带的导电性就能测量植物叶片所需要的水分,如果导电性越强,代表需要的水分更多。目前这项技术已经在谷物类植物上成功测试。
  美国农业部农业与食品研究计划新的三年拨款472,363美元将支持更多的玉米植物水运试验。爱荷华州农艺学副教授Michael Castellano和土壤科学William T. Frankenberger教授将领导该项目。共同研究人员包括Dong和Schnable。
  爱荷华州立大学研究基金会已经申请了传感器技术方面的专利。该研究基金会还授予了将技术商业化为EnGeniousAg的一个选择,EnGeniousAg是一家由内布拉斯加大学林肯分校农学与园艺学助理教授Dong,Schnable,Castellano和James Schnable联合创立的Ames创业公司,另一个爱荷华州传感器项目则激发了公司的设立。
  Dong说:“迄今为止我们测试过的磁带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,这是因为植物传感器非常小,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。“
  但这不是所有的传感器都可以做到的。这项技术可以为各种应用“开辟一条新的道路”,作者在他们的论文中写道,包括生物医学诊断传感器,用于检查建筑物的结构完整性,用于监测环境,并且在适当的修改后用于测试作物用于疾病或杀虫剂。相关论文全文发表在 Adv. Mater. Technol. 12/2017(DOI: 10.7498/aps.66.026103)上。

  来源:iastate.edu、环球网 、江南石墨烯研究院

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