愛荷華州立大學(xué)的科學(xué)家們正在使用3D打印來制作石墨烯傳感器，這種傳感器可以用來收集關(guān)于農(nóng)作物用水的數(shù)據(jù)。 傳感器也可以用于生物醫(yī)學(xué)診斷，建筑和其他領(lǐng)域。

     利用一種技術(shù)可以產(chǎn)生精確的小至百萬分之五十米的石墨烯圖案，您可能會(huì)想知道為什么愛荷華州立大學(xué)正在使用這種技術(shù)為植物生產(chǎn)“紋身傳感器”。答案在于數(shù)據(jù)收集。通過將石墨烯傳感器附加到植物上，愛荷華州立大學(xué)的科學(xué)家可以向研究人員和農(nóng)民提供新的數(shù)據(jù)，幫助他們更好地了解植物背后的自然過程，并利用這些知識(shí)產(chǎn)生更好的結(jié)果 - 學(xué)術(shù)或商業(yè)。

     愛荷華州植物科學(xué)家Patrick Schnable說：“借助這樣的工具，我們可以開始培育更高效利用水的植物。 “我們以前不能這樣做。但是一旦我們能夠衡量一些東西，我們就可以開始理解它了?！斑@種微小的植物傳感器是由石墨烯制成的，這是一種原子厚的碳，它堅(jiān)固而穩(wěn)定，是一個(gè)很好的導(dǎo)體。這是一個(gè)非常有用的材料，但是操作起來相對(duì)困難，這意味著科學(xué)家們一直在尋找新的方法來充分利用材料。

    愛荷華州的研究人員試圖在膠帶上制作復(fù)雜的石墨烯圖案，并且在3D打印的幫助下完成了這項(xiàng)工作。這個(gè)過程開始于一位科學(xué)家在聚合物塊表面上制作凹凸圖案，或者使用3D打印機(jī)或者模制工藝。這提供了起點(diǎn)。接下來，將液體石墨烯溶液施加到塊上，填充通過運(yùn)河的水的凹進(jìn)圖案。

然后可以用膠帶去除多余的石墨烯，然后再使用另一條膠帶從石墨塊上精確地去除石墨烯圖案。最終的結(jié)果是一條完整的復(fù)雜3D打印石墨烯圖案的磁帶。

    這是一個(gè)可以導(dǎo)致高分辨率石墨烯排列的過程。可以使用這種工藝制作一百萬分之一米寬的人造頭發(fā)，或者是人類頭發(fā)寬度的二十分之一的圖案，從而產(chǎn)生具有高度靈敏度的傳感器。這也是一個(gè)非常實(shí)惠的過程，可以吸引不同的用戶：“這個(gè)制作過程非常簡(jiǎn)單，”愛荷華州電氣和計(jì)算機(jī)工程副教授梁東說。 “你只需用膠帶來制造這些傳感器。成本只是美分?！?/p>

    在制造植物傳感器時(shí)，研究人員使用對(duì)水蒸汽高度敏感的氧化石墨烯，通過改變其電導(dǎo)率來響應(yīng)水蒸氣的存在。這意味著傳感器可以用來精確測(cè)量葉片的蒸騰（水蒸氣釋放）。粘附式植物傳感器已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中成功地進(jìn)行了測(cè)試，如果研究小組獲得傳感器技術(shù)專利，可以進(jìn)一步發(fā)展。該技術(shù)商業(yè)化的一個(gè)選擇也得到了EnGeniousAg，一個(gè)涉及一些研究人員的創(chuàng)業(yè)公司的同意。

    科學(xué)家對(duì)石墨烯傳感器的潛力充滿信心，石墨烯傳感器除了作物研究之外，還可以用于其他領(lǐng)域。生物醫(yī)學(xué)診斷，檢查建筑物的結(jié)構(gòu)完整性，監(jiān)測(cè)環(huán)境，檢測(cè)作物是否有疾病或殺蟲劑，都是可以通過技術(shù)改進(jìn)的活動(dòng)。然而，現(xiàn)在，研究人員希望把大部分精力集中在他們開發(fā)的電站傳感器上。

董先生說：“迄今為止我們測(cè)試的基于磁帶的傳感器最令人興奮的應(yīng)用是工廠傳感器。 “植物可穿戴電子傳感器的概念是全新的。植物傳感器非常小，可以檢測(cè)植物的蒸騰作用，但不會(huì)影響植物生長或作物生產(chǎn)?！?/p>

    研究人員的研究成果“可穿戴電子：基于石墨烯的納米材料在膠帶上的高分辨率圖案化和基于磁帶的可穿戴式傳感器的卷對(duì)卷生產(chǎn)”已經(jīng)在Advanced Materials Technologies上發(fā)表。它的作者是Seval Oren，Halil Ceylan，Patrick S. Schnable和Liang Dong。