印刷された土壌センサーは、農家の収穫量増加とコスト削減に役立つ可能性がある

印刷された土壌センサーは、農家が作物の収穫量を増やし、コストを削減するのに役立つ可能性がある。

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ウィスコンシン大学マディソン校のエンジニアたちは、ウィスコンシン州で一般的な土壌の種類に合わせて、土壌中の硝酸塩濃度をリアルタイムで監視できる、手頃な価格のセンサーを開発した。これらの印刷型電気化学センサーは、農家が施肥についてより賢明な判断を下すのに役立ち、コスト削減につながる可能性がある。.

“「私たちのセンサーを使えば、農家は土壌の栄養レベルや作物に利用可能な硝酸塩の量をより明確に把握できます。この情報に基づいて、必要な肥料の量を正確に判断できるようになります」と、ウィスコンシン大学マディソン校の機械工学助教授で主任研究者のジョセフ・アンドリュース氏は述べています。「肥料の使用量を減らすことは、特に大規模農場にとって、大幅なコスト削減につながる可能性があります。」”

硝酸塩は作物の生育に不可欠ですが、過剰になると地下水に浸透し、飲料水を汚染したり、環境に悪影響を及ぼしたりします。これらの新しいセンサーは、農業研究におけるツールとしても活用でき、硝酸塩の流出を追跡し、汚染を減らすためのより良い方法を導くのに役立ちます。.

土壌硝酸塩を監視する従来の方法は、時間と費用がかかり、結果もすぐに得られない。この問題を解決するため、印刷エレクトロニクスの専門家であるアンドリュース氏とそのチームは、よりシンプルで経済的な代替手段としてこれらのセンサーを設計した。.

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このプロジェクトにおいて、研究者たちはインクジェット印刷法を用いて電位差センサーを作製した。電位差センサーは電気化学反応を利用する薄膜センサーの一種である。これらのセンサーは通常、液体溶液中の硝酸塩濃度を正確に測定するために使用される。しかし、土壌中では粗い土壌粒子がセンサーを傷つけ、正確な測定値に影響を与える可能性があるため、通常はうまく機能しない。.

アンドリュース氏は、「私たちの主な目標は、これらの電気化学センサーを厳しい土壌条件下でも効果的に機能させ、硝酸イオンを正確に検出することでした」と説明する。“

この問題を解決するため、研究チームはポリフッ化ビニリデンと呼ばれる材料を用いてセンサー上に保護層を追加した。アンドリュース氏によると、この材料には2つの重要な特性がある。まず、約400ナノメートルという極めて小さな孔があり、硝酸イオンは通過させるが土壌粒子は遮断する。次に、親水性であり、スポンジのように水を吸い込む性質がある。.

アンドリュース氏は、「これは、硝酸塩を含む水はすべてセンサーに吸収されることを意味します。土壌も水を吸収するため、これは非常に重要です。これがなければ、センサーは十分な水分を得ることが難しくなりますが、当社の素材は土壌の吸水性と一致するため、硝酸塩を多く含む水をセンサー表面に引き寄せ、正確な測定値を得るのに役立ちます」と述べています。“

研究者らは、2024年3月に学術誌「Advanced Material Technologies」に掲載された論文で、その研究成果を発表した。.