愛(ài)荷華州立大學(xué)植物科學(xué)家帕特里克·施納布爾（Patrick Schnable）簡(jiǎn)單描述了他是如何測(cè)量出兩種玉米植物將水從根部移到下部葉子，然后再到上部葉子的時(shí)間。

這不是技術(shù)性的，精確的，報(bào)告式的談話。這是一種研究人員感興趣做的新型的、低成本且易于生產(chǎn)的基于石墨烯的磁帶傳感器，它可以附加到植物上，可以給研究人員和農(nóng)民提供新型數(shù)據(jù)。

他說(shuō)：“有了這樣的工具，我們就可以開(kāi)始培育更高效利用水的植物?！斑@很令人興奮，以前我們做不到，但是一旦我們能夠測(cè)量出一些東西，我們就開(kāi)始明白了?！?/p>

這些用于測(cè)量水的工具是一種小型的石墨烯傳感器，它可以貼在植物上，被研究人員稱(chēng)之為“植物紋身傳感器”。石墨烯是一種神奇的材料。它是一個(gè)原子厚的碳蜂窩，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性都很好，而且堅(jiān)固穩(wěn)定。這項(xiàng)研究中的石墨烯與其他其他上技術(shù)結(jié)合也被用于生產(chǎn)可穿戴應(yīng)變壓力傳感器，其中包括置于測(cè)量手部運(yùn)動(dòng)的傳感器“智能手套”。

研究人員介紹了各種傳感器，并在2017年12月刊《Advanced Materials Technologies》期刊的封面上發(fā)表的一篇論文中介紹了“用于圖案化和轉(zhuǎn)移石墨烯基納米材料的簡(jiǎn)單而通用的方法”去創(chuàng)建靈活的傳感器。這項(xiàng)研究主要得到愛(ài)荷華州植物科學(xué)研究所教授學(xué)者項(xiàng)目的支持。

愛(ài)荷華州電氣和計(jì)算機(jī)工程副教授Liang Dong是該技術(shù)的論文作者和開(kāi)發(fā)人員。電氣和計(jì)算機(jī)工程博士生Seval Oren是協(xié)助開(kāi)發(fā)傳感器制造技術(shù)的合作者。幫助測(cè)試傳感器應(yīng)用的合作者有愛(ài)荷華州立植物科學(xué)研究所所長(zhǎng)Schnable，農(nóng)業(yè)和生命科學(xué)領(lǐng)域杰出教授以及愛(ài)荷華州玉米促進(jìn)委員會(huì)遺傳學(xué)教授和農(nóng)業(yè)企業(yè)家Baker學(xué)者；以及土木，建筑和環(huán)境工程教授Halil Ceylan。

Dong說(shuō)：“我們正在試圖制造出更便宜，性能更好的傳感器。”。為此，研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種在膠帶上制作復(fù)雜石墨烯圖案的工藝。Dong說(shuō)，第一步是在聚合物

塊的表面上創(chuàng)建凹凸圖案，然后使用成型工藝或3D打印技術(shù)成型。工程師將液體石墨烯溶液施加到塊上，填充凹進(jìn)的圖案。用膠帶去除多余的石墨烯。然后再拿出另一條膠帶拉開(kāi)石墨烯圖案，在膠帶上形成一個(gè)傳感器。

這個(gè)過(guò)程可以產(chǎn)生只有百萬(wàn)分之一米的寬度的精細(xì)圖案，其寬度只有普通人頭發(fā)直徑的二十分之一。Dong 教授表示，圖案越小傳感器的靈敏度越高。他還說(shuō)：“這個(gè)制造過(guò)程非常簡(jiǎn)單，你只需要是用膠帶來(lái)制造這些傳感器，成本也只有幾美分?！?/p>

在植物研究中，傳感器由氧化石墨烯制成，石墨烯是一種對(duì)水蒸氣非常敏感的材料。水蒸氣的存在會(huì)改變材料的電導(dǎo)率，并且可以被量化以精確測(cè)量葉子的蒸騰作用（水蒸氣的釋放）。

Dong教授說(shuō)，植物傳感器已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中成功地進(jìn)行了測(cè)試。美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)與食品研究計(jì)劃近三年撥款472,363美元用于支持更多的玉米水傳輸試驗(yàn)。愛(ài)荷華州農(nóng)藝學(xué)副教授Michael Castellano和土壤科學(xué)William T. Frankenberger教授將領(lǐng)導(dǎo)這個(gè)項(xiàng)目。共同研究人員包括Dong和Schnable。

愛(ài)荷華州立大學(xué)研究基金會(huì)已經(jīng)申請(qǐng)了該傳感器技術(shù)方面的專(zhuān)利。該研究基金會(huì)還將該技術(shù)授予了EnGeniousAg公司，EnGeniousAg是一家由內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校農(nóng)學(xué)和園藝學(xué)助理教授Dong，Schnable，Castellano和James Schnable共同創(chuàng)立的創(chuàng)業(yè)公司，還有一個(gè)合作者（Patrick Schnable的兒子）在愛(ài)荷華州的傳感器項(xiàng)目的另一個(gè)發(fā)起公司。

愛(ài)荷華州立大學(xué)研究基金會(huì)已經(jīng)申請(qǐng)了該傳感器技術(shù)方面的專(zhuān)利。該研究基金會(huì)還將該技術(shù)授予了EnGeniousAg公司，EnGeniousAg是一家由內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校農(nóng)學(xué)和園藝學(xué)助理教授Dong，Schnable，Castellano和James Schnable共同創(chuàng)立的創(chuàng)業(yè)公司，還有一個(gè)合作者（Patrick Schnable的兒子）在愛(ài)荷華州的傳感器項(xiàng)目的另一個(gè)發(fā)起公司。

Dong說(shuō)：“迄今為止我們測(cè)試過(guò)的磁帶傳感器令人興奮的應(yīng)用就是植物傳感器?？纱┐魇诫娮又参飩鞲衅鞯母拍钍侨碌?，而且植物傳感器非常小，可以檢測(cè)植物的蒸騰作用，但不會(huì)影響植物或作物生長(zhǎng)?！?/p>

但這不是所有的傳感器都可以做到的。作者在他們的論文中寫(xiě)道，這項(xiàng)技術(shù)可以為各種應(yīng)用“開(kāi)辟一條新的道路”，包括用于生物醫(yī)學(xué)診斷的傳感器，用于檢查建筑物的結(jié)構(gòu)完整性，用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，并且在適當(dāng)修改之后用于測(cè)試作物的疾病或殺蟲(chóng)劑的殘留。

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