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(lái)源：馬蘇德・馬赫朱里 - 薩馬尼

歡迎游客購(gòu)買(mǎi)當(dāng)?shù)胤N植的農(nóng)產(chǎn)品和肉類(lèi)的溫室及露天農(nóng)場(chǎng)，對(duì)糧食生產(chǎn)的重要性日益凸顯。農(nóng)民不僅在尋找監(jiān)測(cè)環(huán)境條件的方法，以助力提升溫室作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量，而且如何在儲(chǔ)存條件下保持收獲的食物新鮮，也是一個(gè)重大關(guān)切。

監(jiān)測(cè)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(mǎn)足全球人口不斷增長(zhǎng)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(cè)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(shí)還能有效工作，卻是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

“近年來(lái)，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?jiǎng)?chuàng)新解決方案，以在對(duì)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(shuō)道。

柔性電子器件和傳感器的制造快速且簡(jiǎn)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(guò)一種稱(chēng)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(guò)監(jiān)測(cè)印刷電極中儲(chǔ)存電能的能力變化（即電容）以及電阻率的變化，來(lái)確定溫度和濕度的變化。當(dāng)紙張吸收水蒸氣時(shí)，測(cè)量其電容變化以反映環(huán)境的相對(duì)濕度。

溫度傳感機(jī)制依賴(lài)于電阻的變化。隨著溫度升高，金屬導(dǎo)體的電阻率會(huì)增加。

事實(shí)證明，這些傳感器對(duì)溫度和濕度水平的變化既可靠又敏感。它們成功檢測(cè)到了相對(duì)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(jià)格實(shí)惠且可重復(fù)使用，到了使用壽命結(jié)束時(shí)，還能安全處置。

“通過(guò)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(duì)電子設(shè)備處置日益增長(zhǎng)的擔(dān)憂(yōu)，” 馬赫朱里 - 薩馬尼說(shuō)。

“這種方法有望通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)植物生長(zhǎng)關(guān)鍵因素的精確監(jiān)測(cè)，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(guó)物理聯(lián)合會(huì)提供