Mae Shuohao Cai, myfyriwr doethuriaeth mewn gwyddor pridd, yn gosod gwialen synhwyrydd gyda sticer synhwyrydd amlswyddogaethol sy'n caniatáu mesuriadau ar wahanol ddyfnderoedd i'r pridd yng Ngorsaf Ymchwil Amaethyddol Prifysgol Wisconsin-Madison Hancock.
MADISON — Mae peirianwyr Prifysgol Wisconsin-Madison wedi datblygu synwyryddion cost isel a all ddarparu monitro parhaus, amser real o nitrad mewn mathau cyffredin o bridd yn Wisconsin. Gall y synwyryddion electrocemegol printiedig hyn helpu ffermwyr i wneud penderfyniadau rheoli maetholion mwy gwybodus a gwireddu manteision economaidd.
“Gall ein synwyryddion roi gwell dealltwriaeth i ffermwyr o statws maethol eu pridd a faint o nitrad sydd ar gael i’w planhigion, gan eu helpu i benderfynu’n fwy cywir faint o wrtaith sydd ei angen arnynt mewn gwirionedd,” meddai Joseph Andrews, athro cynorthwyol ym Mhrifysgol Harvard. Arweiniwyd yr astudiaeth gan Ysgol Peirianneg Fecanyddol Prifysgol Wisconsin-Madison. “Os gallant leihau faint o wrtaith maen nhw’n ei brynu, gallai’r arbedion cost fod yn sylweddol i ffermydd mwy.”
Mae nitradau yn faetholyn hanfodol ar gyfer twf cnydau, ond gall gormod o nitradau ollwng o'r pridd a mynd i mewn i ddŵr daear. Mae'r math hwn o halogiad yn niweidiol i bobl sy'n yfed dŵr ffynnon halogedig ac mae'n niweidiol i'r amgylchedd. Gellid defnyddio synhwyrydd newydd yr ymchwilwyr hefyd fel offeryn ymchwil amaethyddol i fonitro ollwng nitradau a helpu i ddatblygu arferion gorau ar gyfer lliniaru ei effeithiau niweidiol.
Mae dulliau cyfredol ar gyfer monitro nitrad pridd yn llafurddwys, yn ddrud, ac nid ydynt yn darparu data amser real. Dyna pam y gwnaeth yr arbenigwr electroneg brintiedig Andrews a'i dîm geisio creu ateb gwell a llai costus.
Yn y prosiect hwn, defnyddiodd yr ymchwilwyr broses argraffu incjet i greu synhwyrydd potentiometrig, math o synhwyrydd electrocemegol ffilm denau. Defnyddir synwyryddion potentiometrig yn aml i fesur nitrad yn gywir mewn toddiannau hylif. Fodd bynnag, nid yw'r synwyryddion hyn yn addas i'w defnyddio mewn amgylcheddau pridd yn gyffredinol oherwydd gall gronynnau pridd mawr grafu'r synwyryddion ac atal mesuriadau cywir.
“Y brif her yr oeddem yn ceisio’i datrys oedd dod o hyd i ffordd o gael y synwyryddion electrocemegol hyn i weithio’n iawn mewn amodau pridd llym a chanfod ïonau nitrad yn gywir,” meddai Andrews.
Ateb y tîm oedd gosod haen o fflworid polyfinyliden ar y synhwyrydd. Yn ôl Andrews, mae gan y deunydd hwn ddau nodwedd allweddol. Yn gyntaf, mae ganddo fandyllau bach iawn, tua 400 nanometr o ran maint, sy'n caniatáu i ïonau nitrad basio drwodd wrth rwystro gronynnau pridd. Yn ail, mae'n hydroffilig, hynny yw, mae'n denu dŵr ac yn ei amsugno fel sbwng.
“Felly bydd unrhyw ddŵr sy’n llawn nitrad yn treiddio i’n synwyryddion yn ddelfrydol, sy’n bwysig iawn oherwydd bod pridd hefyd fel sbwng ac rydych chi’n mynd i golli’r frwydr o ran lleithder yn mynd i mewn i’r synhwyrydd os na allwch chi gael yr un amsugno dŵr. Potensial pridd,” meddai Andrews. “Mae’r priodweddau hyn o’r haen fflworid polyfinyliden yn caniatáu inni echdynnu dŵr sy’n llawn nitrad, ei ddanfon i wyneb y synhwyrydd a chanfod nitrad yn gywir.”
Manylodd yr ymchwilwyr ar eu cynnydd mewn papur a gyhoeddwyd ym mis Mawrth 2024 yn y cyfnodolyn Advanced Materials Technology.
Profodd y tîm eu synhwyrydd ar ddau fath gwahanol o bridd sy'n gysylltiedig â Wisconsin—priddoedd tywodlyd, sy'n gyffredin yng ngogledd-ganolog y dalaith, a phriddoedd siltiog, sy'n gyffredin yn ne-orllewin Wisconsin—a chanfod bod y synwyryddion yn cynhyrchu canlyniadau cywir.
Mae'r ymchwilwyr bellach yn integreiddio eu synhwyrydd nitrad i mewn i system synhwyrydd amlswyddogaethol y maent yn ei galw'n "sticer synhwyrydd," lle mae tri math gwahanol o synwyryddion yn cael eu gosod ar arwyneb plastig hyblyg gan ddefnyddio cefn gludiog. Mae'r sticeri hefyd yn cynnwys synwyryddion lleithder a thymheredd.
Bydd ymchwilwyr yn cysylltu nifer o sticeri synhwyraidd â phostyn, yn eu gosod ar wahanol uchderau, ac yna'n claddu'r postyn mewn pridd. Roedd y drefniant hwn yn caniatáu iddynt gymryd mesuriadau ar wahanol ddyfnderoedd pridd.
“Drwy fesur nitrad, lleithder a thymheredd ar wahanol ddyfnderoedd, gallwn nawr fesur y broses o drwytholchi nitrad a deall sut mae nitrad yn symud trwy'r pridd, nad oedd yn bosibl o'r blaen,” meddai Andrews.
Yn haf 2024, mae'r ymchwilwyr yn bwriadu gosod 30 o wiail synhwyrydd mewn pridd yng Ngorsaf Ymchwil Amaethyddol Hancock a Gorsaf Ymchwil Amaethyddol Arlington ym Mhrifysgol Wisconsin-Madison i brofi'r synhwyrydd ymhellach.
Amser postio: Gorff-09-2024