纸质传感器为全球农业监测提供环保、经济的途径

用于印刷湿度和温度传感器的干添加纳米制造技术。图片来源：马苏德・马赫朱里 - 萨马尼

欢迎游客购买当地种植的农产品和肉类的温室及露天农场，对粮食生产的重要性日益凸显。农民不仅在寻找监测环境条件的方法，以助力提升温室作物的生长和产量，而且如何在储存条件下保持收获的食物新鲜，也是一个重大关切。

监测和控制温度与湿度的智能传感器技术，在生产足够粮食以满足全球人口不断增长的需求方面，发挥着至关重要的作用。

在《激光应用杂志》上，阿拉巴马州奥本大学的研究人员介绍了基于纸质的温度和湿度传感器，该传感器准确可靠且环保。

在各种作物种植环境中测量温度和湿度，促使了众多传感器的研发，但要确保这些设备在保持环保和成本效益的同时还能有效工作，却是一项挑战。

“近年来，农业受到湿度和温度等环境因素剧烈变化的严重冲击，因此迫切需要创新解决方案，以在对环境影响最小的情况下提高生产力和改善品质，” 作者马苏德・马赫朱里 - 萨马尼说道。

柔性电子器件和传感器的制造快速且简便。用于生产这些传感器的印刷技术包括气溶胶喷射印刷、喷墨印刷、凹版印刷和丝网印刷等方法。由于这些技术的液体特性及其与可生物降解基材的不相容性，大多数印刷是在不可生物降解的塑料上进行的。

纸张是这些传统塑料材料的绝佳替代品。其纤维素纤维提供了多孔表面，并且纸张可生物降解且资源丰富。

研究团队通过一种称为干添加纳米制造的工艺，在四种市售纸张上印刷银线，从而制造出温度和湿度传感器。

通过监测印刷电极中储存电能的能力变化（即电容）以及电阻率的变化，来确定温度和湿度的变化。当纸张吸收水蒸气时，测量其电容变化以反映环境的相对湿度。

温度传感机制依赖于电阻的变化。随着温度升高，金属导体的电阻率会增加。

事实证明，这些传感器对温度和湿度水平的变化既可靠又敏感。它们成功检测到了相对湿度从 20% 到 90% 的变化以及温度从 25°C 到 50°C 的变化。此外，这些可生物降解的传感器价格实惠且可重复使用，到了使用寿命结束时，还能安全处置。

“通过将干添加纳米制造等先进技术与可生物降解基材相结合，这项研究将功能性与环境责任相结合，解决了人们对电子设备处置日益增长的担忧，” 马赫朱里 - 萨马尼说。

“这种方法有望通过实现对植物生长关键因素的精确监测，彻底改变智能农业实践。”

更多信息：《激光辅助干印刷环保纸质湿度和温度传感器》，《激光应用杂志》（2025 年）。DOI: 10.2351/7.0001652

由美国物理联合会提供

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