用于印刷濕度和溫度傳感器的干添加納米制造技術(shù)。圖片來源：馬蘇德・馬赫朱里 - 薩馬尼

歡迎游客購買當(dāng)?shù)胤N植的農(nóng)產(chǎn)品和肉類的溫室及露天農(nóng)場，對糧食生產(chǎn)的重要性日益凸顯。農(nóng)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(chǎn)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(guān)切。

監(jiān)測和控制溫度與濕度的智能傳感器技術(shù)，在生產(chǎn)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(guān)重要的作用。

在《激光應(yīng)用雜志》上，阿拉巴馬州奧本大學(xué)的研究人員介紹了基于紙質(zhì)的溫度和濕度傳感器，該傳感器準(zhǔn)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(shè)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(xiàng)挑戰(zhàn)。

“近年來，農(nóng)業(yè)受到濕度和溫度等環(huán)境因素劇烈變化的嚴(yán)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(chǎn)力和改善品質(zhì)，” 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(chǎn)這些傳感器的印刷技術(shù)包括氣溶膠噴射印刷、噴墨印刷、凹版印刷和絲網(wǎng)印刷等方法。由于這些技術(shù)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(jìn)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(tuán)隊(duì)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(dāng)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(jī)制依賴于電阻的變化。隨著溫度升高，金屬導(dǎo)體的電阻率會增加。

事實(shí)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(shí)惠且可重復(fù)使用，到了使用壽命結(jié)束時，還能安全處置。

“通過將干添加納米制造等先進(jìn)技術(shù)與可生物降解基材相結(jié)合，這項(xiàng)研究將功能性與環(huán)境責(zé)任相結(jié)合，解決了人們對電子設(shè)備處置日益增長的擔(dān)憂，” 馬赫朱里 - 薩馬尼說。

“這種方法有望通過實(shí)現(xiàn)對植物生長關(guān)鍵因素的精確監(jiān)測，徹底改變智能農(nóng)業(yè)實(shí)踐�！�

更多信息：《激光輔助干印刷環(huán)保紙質(zhì)濕度和溫度傳感器》，《激光應(yīng)用雜志》（2025 年）。DOI: 10.2351/7.0001652

由美國物理聯(lián)合會提供