A Self‐Powered Biochemical Sensor for Intelligent Agriculture Enabled by Signal Enhanced Triboelectric Nanogenerator

摩擦电效应 纳米发生器 信号(编程语言) 纳米技术 电气工程 计算机科学 材料科学 工程类 电压 复合材料 程序设计语言
作者
Along Gao,Qitao Zhou,Zhikang Cao,Wenxia Xu,Kang Zhou,Boyou Wang,Jing Pan,Caofeng Pan,Fan Xia
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202309824
摘要

Abstract Precise agriculture based on intelligent agriculture plays a significant role in sustainable development. The agricultural Internet of Things (IoTs) is a crucial foundation for intelligent agriculture. However, the development of agricultural IoTs has led to exponential growth in various sensors, posing a major challenge in achieving long‐term stable power supply for these distributed sensors. Introducing a self‐powered active biochemical sensor can help, but current sensors have poor sensitivity and specificity making this application challenging. To overcome this limitation, a triboelectric nanogenerator (TENG)‐based self‐powered active urea sensor which demonstrates high sensitivity and specificity is developed. This device achieves signal enhancement by introducing a volume effect to enhance the utilization of charges through a novel dual‐electrode structure, and improves the specificity of urea detection by utilizing an enzyme‐catalyzed reaction. The device is successfully used to monitor the variation of urea concentration during crop growth with concentrations as low as 4 µ m , without being significantly affected by common fertilizers such as potassium chloride or ammonium dihydrogen phosphate. This is the first self‐powered active biochemical sensor capable of highly specific and highly sensitive fertilizer detection, pointing toward a new direction for developing self‐powered active biochemical sensor systems within sustainable development‐oriented agricultural IoTs.
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