کاربرد نانوحسگرها در تعیین رطوبت و دمای خاک

نانوحسگرها، حسگرهایی در ابعاد نانو هستند که دقت و واکنش‌پذیری بسیار بالایی دارند. لذا، نانوحسگر وسیله­ای بسیار ظریف، دقیق و حساس است که قادر به شناسایی و پاسخ به محرک‌های فیزیکی، شیمیایی و زیستی است. استفاده از این نوع حسگرها در حوزه کشاورزی به‌ویژه در علوم خاک کمک زیادی به سنجش دقیق دما و رطوبت خاک خواهد کرد. همچنین به‌دلیل برخورداری از مزیت‌های ارتباط بی­سیم، استفاده از این فناوری در مقایسه با روش‌های دیگر بسیار به‌صرفه‌تر، راحت‌تر و با سهولت بیشتر خواهد بود. از نانوحسگرهای استفاده شده در خاک می­توان به نانولوله‌های کربن و گرافن، حسگر بی­سیم، سامانه‌های میکروالکترومکانیکی مبتنی بر نانوفناوری اشاره کرد. در این مطالعه، امکان استفاده از دستگاه‌های ارزان‌قیمت بی­سیم مبتنی بر فناوری نانو برای اندازه‌گیری دما و رطوبت خاک بررسی شد. سامانه‌های میکروالکترومکانیکی مبتنی بر نانوفناوری می‌توانند دما و رطوبت خاک را به‌طور هم‌زمان اندازه‌گیری نمایند. این سامانه‌ها از حسگرهای میکرو و نانو و یک عملگر تشکیل یافته‌اند که به تغییرات محیط پیرامون خود حساس هستند. حسگر سامانه‌های میکروالکترومکانیکی از اصل تنش برشی برای اندازه‌گیری بخار آب استفاده می‌کند که در آن تراشه میکروحسگر با یک نانوپلیمر ویژه و مدار پیزومقاومتی پل ویتستون ترکیب شده و ولتاژهای حاصل با رطوبت نسبی از صفر تا 100 درصد و دما از 30- تا 100+ درجه سلسیوس رابطه خطی دارد. برای اندازه‌گیری رطوبت خاک از نقاط کوانتومی گرافن نیز می‌توان استفاده کرد که به مدت چهار ماه در خاک پایدار بوده و تغییر ناچیزی در مقاومت آن مشاهده شده است. زمان پاسخ حسگر بسیار سریع (حدود دو تا سه دقیقه) است. نانو ورقه‌های گرافن برای اندازه­گیری سریع و دقیق رطوبت خاک مناسب است.