Hydrogelperlen sind kleine Plastikklumpen, die das Tausendfache ihres Gewichts an Wasser aufnehmen können. Daher haben Wissenschaftler versucht, sie als winzige unterirdische Wasserreservoirs zu verwenden, um die Bewässerung landwirtschaftlicher Böden zu unterstützen.
Diese Methode war jedoch noch nicht durchweg fruchtbar. Wissenschaftler haben sich schwer getan zu verstehen, warum, zum großen Teil weil der Boden undurchsichtig ist, die Sicht blockiert und ihre Versuche, Informationen zu sammeln, beeinträchtigt wird.
Jetzt Princeton-Forscher haben gedacht einer experimentellen Plattform, mit der Wissenschaftler die verborgenen Funktionen der Hydrogele in Böden untersuchen können. Die Plattform besteht aus zwei Bestandteilen: einem transparenten körnigen Medium und Wasser, das mit einer Chemikalie namens Ammoniumthiocyanat dotiert ist. Diese Chemikalie verändert die Art und Weise, wie das Wasser Licht biegt.Kompensation der Verzerrungseffekte der runden Glasperlen.
"Eine Spezialität meines Labors ist es, die richtige Chemikalie in den richtigen Konzentrationen zu finden, um die optischen Eigenschaften von Flüssigkeiten zu verändern", sagte Sujit Datta, Assistenzprofessor für chemische und biologische Technik in Princeton und leitender Autor der Studie. "Diese Fähigkeitermöglicht die 3D-Visualisierung von Flüssigkeitsströmen und anderen Prozessen, die in normalerweise unzugänglichen, undurchsichtigen Medien wie Boden und Gesteinen ablaufen. "
Die Wissenschaftler testeten sowohl weichere als auch härtere Hydrogele und fanden heraus, wie effektiv jedes einzelne war, je nachdem, wie tief die Bodenschichten waren. Datta erklärte, dass seine Arbeit die Ingenieure nun anleiten wird, weitere Experimente durchzuführen, um die Chemie der Hydrogele für bestimmte zu optimieren. Ernte- und Bodenbedingungen .
"Unsere Ergebnisse enthalten Richtlinien für die Entwicklung von Hydrogelen, die je nach Boden, in dem sie verwendet werden sollen, Wasser optimal absorbieren können, was möglicherweise dazu beiträgt. auf den wachsenden Bedarf an Nahrungsmitteln und Wasser eingehen ", sagte Datta.
Das Projekt wurde als wegweisend eingestuft. "Diese Arbeit eröffnet verlockende Möglichkeiten für die Verwendung von Hydrogelen als Bodenkondensatoren, die die Wasserverfügbarkeit modulieren und die Wasserfreisetzung für Pflanzenwurzeln auf eine Weise steuern, die einen echten technologischen Fortschritt in der nachhaltigen Landwirtschaft bewirken könnte", sagte Ruben Juanes, Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen am Massachusetts Institute of Technology, der nicht an der Studie beteiligt war.
Die Studie ist veröffentlicht in Fortschritte in der Wissenschaft .