Aan de Amerikaanse Iowa State University hebben ingenieurs een sensor ontwikkeld, gebaseerd op het materiaal grafeen, die in staat is om de verdamping van water uit de bladeren van een plant te meten. Plantenonderzoekers willen dit gebruiken bij het kweken van varianten van gewassen die minder water nodig hebben (en dus in droge omgevingen gedijen). De grafeensensor is op rol te produceren, en dus zeer goedkoop.

De plantensensor is gebaseerd op fijne structuren van grafeen – een atomair dun vlies van enkel koolstofatomen – op een tape. Om die aan te brengen, hebben de onderzoekers van Iowa State een nieuwe maakmethode bedacht, die ze beschrijven in een recent artikel in vakblad Advanced Materials Technologies.

Het uitgangspunt daarbij is om een mal te maken van een blok polymeer met het negatief van de gewenste structuur erin. De ingenieurs gieten vervolgens een grafeenoplossing op dit blok, zodat de groeven en putjes zich vullen. De belangrijke laatste stap is het lostrekken van het grafeenpatroon van het polymeerblok; dit gebeurt met behulp van een tape. Het eindresultaat is dus een tape met daarop een patroon van grafeen; het oplosmiddel is hieruit inmiddels verdampt. Dit alles hebben de mensen van Iowa State University in een volcontinu rol-op-rol-proces gegoten. Met dit proces zijn smalle structuren van 5 µm te maken.
 

Vocht

Voor de toepassing als plantensensor gebruiken de onderzoekers een grafeen-oxideverbinding. Dat materiaal is namelijk gevoelig voor vocht. De aanwezigheid van waterdamp verandert de elektrische geleidbaarheid ervan en die eigenschap is in een sensor te gebruiken om het watervlies van een blad te meten.
 

Mais

De nieuwe sensor is al getest in het lab en in het veld. Met geld van het Amerikaanse ministerie van Landbouw gaan de wetenschappers nu meer onderzoek doen naar het watertransport in maisplanten. ‘Het idee van draagbare elektronische sensors op planten is nieuw. En ze zijn zo klein dat de plant er geen last van heeft. Hij wordt niet beperkt in zijn groei’, aldus universitair hoofddocent Liang Dong van Iowa State University in een persbericht. Een sensor zal niet meegroeien, dus de onderzoekers moeten om de zoveel tijd een nieuwe, grotere, versie moeten aanbrengen. Dat is geen probleem, omdat de sensoren zo goedkoop gemaakt kunnen worden.
 

Medische toepassingen en gebouwen

De grafeensensor voor planten is maar één voorbeeld van een nuttige toepassing van het maakproces voor fijnzinnige patronen op grafeen. Het betrokken team denkt bijvoorbeeld ook aan sensoren voor medische toepassingen of het monitoren van de constructies van gebouwen.

Grafeen in het algemeen vormt al jaren een grote belofte, maar wordt nog niet breed toegepast. Onderzoekers aan universiteiten doen wel veel met grafeen: lees bijvoorbeeld onze artikelen ‘Laser zet grafeen in beweging’, ‘Geluid uit luidspreker van grafeen’ en ‘Grafeenoxide is veelbelovend voor energiezuinig ontzilten’.

Beeldmateriaal Foto Liang Dong / Iowa State University