Умные сенсоры почвы для точного земледелия

Исследователи из KAUST разработали быстрый и чувствительный сенсор влажности почвы, в основе которого лежит металло-органический каркас (MOF) с очень высоким сродством к воде. Такие умные электронные сенсоры позволят фермерам доставлять точные дозы воды к растениям, максимизируя производство пищи и экономя воду.

Эффективное использование воды — ключевая задача для сельского хозяйства в условиях роста населения и изменения климата. «Высокочувствительные и селективные сенсоры влажности почвы могут улучшить процесс управления водными ресурсами», — отмечает Халед Салама.

MOF хорошо подходят для этой задачи благодаря модульной пористой структуре и возможности функционализации. «Тонкие пленки MOF уже интегрированы в электронные устройства, что прокладывает путь к их реальному применению», — говорит исследователь Осама Шеках.

В работе были изучены несколько MOF, включая высокопористый Cr-soc-MOF-1, разработанный в KAUST, который может поглотить воды в два раза больше собственного веса.

Команда нанесла MOF на недорогой микросенсор с интердигитированными электродами. При помещении сенсора во влажную почву воздух в порах MOF замещается водой, что изменяет его электрическую емкость — этот процесс можно детектировать и измерять.

Устройства тестировали на глинистой и супесчаной почве. Сенсор с покрытием Cr-soc-MOF-1 показал наивысшую чувствительность — около 450% в глинистой почве, с временем отклика около 500 секунд. Реакция сенсора была высокоселективной к воде даже в присутствии различных ионов металлов в почве.

Сейчас команда разрабатывает портативный прототип MOF-сенсора для полевых измерений. «Мы ожидаем, что сенсоры на основе MOF продвинут технологии следующего поколения, предложив автоматизированные и точные системы орошения», — добавляет Салама.