A industrialização global em andamento, juntamente com o notável crescimento populacional mundial, deverá desafiar o meio ambiente global, bem como exercer maior pressão sobre as necessidades de água e alimentos.
Previsivelmente, um sistema de gerenciamento de irrigação aprimorado na agricultura é uma das ferramentas mais eficazes para proteger recursos hídricos preciosos, especialmente em regiões áridas e desérticas do globo. Além disso, a busca por sensores químicos refinados para monitoramento de umidade do solo é de tremenda importância.
Uma equipe de pesquisa da King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) na Arábia Saudita desenvolveu um sensor de umidade do solo rápido e sensível baseado em uma estrutura metal-orgânica (MOF) com uma afinidade muito alta pela água. Sensores de monitoramento de umidade do solo podem ajudar os agricultores a economizar água, permitindo que eles saibam quando suas plantações realmente precisam ser regadas.
MOFs são materiais sintéticos altamente porosos com uma estrutura interna semelhante a uma gaiola que pode ser adaptada para hospedar certas moléculas pequenas, incluindo água.
“Com sua estrutura porosa modular e fácil funcionalização, os MOFs são excelentes candidatos para aplicações de detecção”, diz Osama Shekhah, um cientista pesquisador da equipe liderada por Mohamed Eddaoudi junto com Khaled Salama. “Os filmes finos MOF já foram incorporados em dispositivos eletrônicos, abrindo caminho para sua tradução para uso no mundo real.”
A equipe da KAUST testou vários MOFs diferentes, incluindo o altamente poroso Cr-soc-MOF-1, que pode capturar o dobro do seu próprio peso em água. Os pesquisadores dizem que o Cr-soc-MOF-1 oferece a melhor sensibilidade para qualquer intervalo de conteúdo de umidade do solo, superando vários materiais de óxido bem conhecidos.
Os pesquisadores revestiram os MOFs em um microsensor de eletrodo interdigitado barato que pode ser fabricado por impressão a jato de tinta ou gravação a laser. O sensor foi então inserido em solo úmido. Conforme o filme prosseguia para extrair água do solo, essa água deslocava parte do ar no MOF, alterando sua capacitância elétrica, um processo que pode ser detectado e medido.
Cada dispositivo MOF foi testado em solos argilosos e arenosos argilosos, que podem apresentar diferenças significativas na textura e na capacidade de retenção de água. “Notavelmente, o sensor de umidade do solo revestido com Cr-soc-MOF-1 apresentou a maior sensibilidade, de cerca de 450 por cento em solo argiloso, com um tempo de resposta de cerca de 500 segundos”, Salama diz.
A resposta do sensor foi altamente seletiva para água, mesmo quando vários íons metálicos estavam presentes no solo.
“Estamos agora projetando e desenvolvendo um protótipo portátil de sensor de umidade do solo baseado em MOF que pode ser facilmente usado para experimentos de controle em medições reais em campo”, Eddaoudi diz. “Prevemos que os sensores de umidade do solo baseados em MOF promoverão a tecnologia de sensores de umidade do solo de próxima geração, oferecendo sistemas de irrigação automatizados e precisos”, Salama acrescenta.
Referência do periódico:
- Norah Alsadun, Sandeep Surya, Kamlesh Patle, Vinay S. Palaparthy, Osama Shekhah, Khaled N. Salama e Mohamed Eddaoudi. Instituição de estruturas metal-orgânicas como um sensor capacitivo integrado de umidade do solo em campo, altamente sensível e seletivo. Sociedade Química Americana, 2023; DOI: 10.1021/acsami.2c20141
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