كليدواژه :
رطوبت خاك و دماي خاك , سامانه‌هاي ميكروالكترومكانيكي , نقاط كوانتومي گرافن , نانوفناوري و نانوحسگر
چكيده فارسي :
نانوحسگرها، حسگرهايي در ابعاد نانو هستند كه دقت و واكنش‌پذيري بسيار بالايي دارند. لذا، نانوحسگر وسيله اي بسيار ظريف، دقيق و حساس است كه قادر به شناسايي و پاسخ به محرك‌هاي فيزيكي، شيميايي و زيستي است. استفاده از اين نوع حسگرها در حوزه كشاورزي به‌ويژه در علوم خاك كمك زيادي به سنجش دقيق دما و رطوبت خاك خواهد كرد. همچنين به‌دليل برخورداري از مزيت‌هاي ارتباط بي سيم، استفاده از اين فناوري در مقايسه با روش‌هاي ديگر بسيار به‌صرفه‌تر، راحت‌تر و با سهولت بيشتر خواهد بود. از نانوحسگرهاي استفاده شده در خاك مي توان به نانولوله‌هاي كربن و گرافن، حسگر بي سيم، سامانه‌هاي ميكروالكترومكانيكي مبتني بر نانوفناوري اشاره كرد. در اين مطالعه، امكان استفاده از دستگاه‌هاي ارزان‌قيمت بي سيم مبتني بر فناوري نانو براي اندازه‌گيري دما و رطوبت خاك بررسي شد. سامانه‌هاي ميكروالكترومكانيكي مبتني بر نانوفناوري مي‌توانند دما و رطوبت خاك را به‌طور هم‌زمان اندازه‌گيري نمايند. اين سامانه‌ها از حسگرهاي ميكرو و نانو و يك عملگر تشكيل يافته‌اند كه به تغييرات محيط پيرامون خود حساس هستند. حسگر سامانه‌هاي ميكروالكترومكانيكي از اصل تنش برشي براي اندازه‌گيري بخار آب استفاده مي‌كند كه در آن تراشه ميكروحسگر با يك نانوپليمر ويژه و مدار پيزومقاومتي پل ويتستون تركيب شده و ولتاژهاي حاصل با رطوبت نسبي از صفر تا 100 درصد و دما از 30 تا 100+ درجه سلسيوس رابطه خطي دارد. براي اندازه‌گيري رطوبت خاك از نقاط كوانتومي گرافن نيز مي‌توان استفاده كرد كه به مدت چهار ماه در خاك پايدار بوده و تغيير ناچيزي در مقاومت آن مشاهده شده است. زمان پاسخ حسگر بسيار سريع (حدود دو تا سه دقيقه) است. نانو ورقه‌هاي گرافن براي اندازه گيري سريع و دقيق رطوبت خاك مناسب است.
چكيده لاتين :
Nano-sensors are of extreme precision and reactivity, properties that make them delicate, precise, and sensitive instruments for identifying and responding to physical, chemical, and biological stimuli. Application of nano-sensors in agriculture and, especially in soil science, is a great help toward accurate measurement of soil temperature and moisture. Being equipped with wireless communication systems, they are more economical, easier to use, and user-friendly than other similar instruments. Carbon nanotubes and graphene, wireless sensors, and nanotechnology-based microelectromechanical systems are some of the nano-sensors used in soil investigations. This review study explores the feasibility of using nanotechnology-based, cheap, wireless devices consisting of microcantilever beams for the simultaneous measurement of soil temperature and moisture. The system relies on the principle of shear stress for measuring water vapor, in which a micro-sensor chip is combined with a proprietary nanopolymer sensing element and the Weatstone bridge piezoresistor circuit to deliver two DC output voltages that are linearly proportional to relative humidity in the range of 0% to 100% and to temperature from ‒30 to 100 °C. The graphene quantum dots may be alternatively used to measure soil moisture; these remain stable for about 4 months exhibiting negligible changes in their resistance with time. The response time of the sensor is quite fast (around 2–3 minutes) and the graphene quantum dots are found appropriate for quick and accurate measurement of soil moisture.
