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智能电子土壤传感器可以使农民为作物提供定制剂量的水，在节约用水的同时最大限度地提高粮食产量。KAUST研究人员开发了一种快速灵敏的土壤湿度传感器，其核心是金属有机框架(MOF)，对水具有非常高的亲和力。

面对气候变化，高效用水是农民面临的主要挑战，他们面临着养活不断增长的全球人口。“灌溉管理可以帮助提高作物质量，降低农业成本并保护水资源，”与Khaled Salama一起领导这项研究的Mohamed Eddaoudi说。“高灵敏度和选择性土壤湿度传感器为改善水管理过程提供了潜力，”Salama补充道。

MOFs可能非常适合土壤湿度传感，Eddaoudi和他的合作者已经证明。MOF是高度多孔的合成材料，具有笼状的内部结构，可以定制以容纳特定的小分子，包括水。“凭借其模块化的多孔结构和易于功能化，MOF是传感应用的绝佳候选者，”Eddaoudi团队的研究科学家Osama Shekhah说。“MOF薄膜已经被整合到电子设备中，为它们转化为现实世界铺平了道路，”他补充道。

研究中的MOFs是根据其水解稳定性、水容量和吸水率选择的。“我们探索了几种不同的MOF，包括我们在KAUST小组开发的高度多孔的Cr-soc-MOF-1，它可以在水中捕获其自身重量的两倍，”博士生Norah Alsadun说。

该团队将MOF涂布到廉价的叉指电极微型传感器上，该传感器可以通过喷墨打印或激光蚀刻制造。当该传感器插入潮湿的土壤时，MOF中的空气被水置换，改变了其电容，这是一个可以检测和测量的过程。

每个MOF装置在粘土和壤质沙土类型中进行了测试，这些土壤在质地和持水能力方面可能存在显着差异。“值得注意的是，Cr-soc-MOF-1涂层土壤湿度传感器显示出最高的灵敏度，在粘土中约为450%，响应时间约为500秒，”Salama说。即使土壤中存在各种金属离子，传感器的响应对水也具有高度选择性。

“我们现在正在设计和开发一种基于MOF的便携式原型土壤湿度传感器，可以很容易地用于现实世界现场测量中的控制实验，”Eddaoudi说。“我们预计基于MOF的土壤湿度传感器将推动下一代土壤湿度传感器技术的发展，提供自动化和精确的灌溉系统，”Salama补充道。