隨著人口的增長，保護糧食存儲是一項至關重要的工作，其對全球糧食安全以及經濟穩定有著重要影響。而谷物作為人類的主糧之一，存儲過程極易受到環境濕度和溫度的影響，導致嚴重的霉變、蛀蟲和營養流失等。為了監測濕度和溫度變化，通常的做法是在特定位置安裝溫濕傳感器，實時監測變化和預警。然而，少量的傳感器無法實現對大型糧倉溫度和濕度的全方位監測，且傳感器成本高昂大量進行安裝不切實際。因此，開發一種低成本的溫度和濕度傳感器對糧食存儲中的吸潮和糧堆發熱的早期預警，確保糧食存儲安全具有重要的意義。
近日，廣西大學林寶鳳教授團隊報道了一種以可生物降解的羧甲基淀粉為基材，通過簡單的原位還原的方法，引入具有抗菌和溫敏性的均勻分散的納米銀離子（AgNPs），制備了低成本的溫濕度傳感器（CPAF）。研究結果表明，所制備的CPAF具有良好的力學性能，能夠在使用過程中抵抗各種形變而不發生結構破壞。由于基材含有羥基、羧基等親水基團，CPAF表現出顯著的濕度響應導電特性，其在 35% RH和93% RH環境下的電導率分別為0.0000338和0.318 S/m，相差近9000倍，因此作為濕度傳感器能夠實現無延遲的快速響應濕度變化。此外，CPAF還變現出優異的溫度傳感性能（TCR=-0.054/℃），并具有較高的靈敏度（監測值為0.1℃）和穩定性。更重要的，不同于常見的多糖基水凝膠傳感器，CPAF在低含水量（1%）下也能夠實現溫度傳感，因此非常適合于對濕度敏感的糧食存儲的應用環境。與此同時，這種多糖基傳感器還具有出色的光譜抗菌性和生物相容性，在應用于食品領域不僅能避免引入微生物危害，還是一種對人類食品安全友好的傳感器。以稻谷為糧食存儲的實驗模型，證明CTHF傳感器能夠監測糧食濕度和溫度的變化。通過構建具有多傳感的陣列，能夠實現對糧倉不同區域的溫度和濕度的精準監測。因此，利用低成本的CPAF構建傳感器陣列用于大型糧倉中可實現全方位的溫度和濕度變化監測，用于預警糧食存儲的糧堆發熱以及吸潮現象，有潛力成為高效保證糧食存儲安全的新策略。
該工作以“Facile preparation of inexpensive polysaccharides-based antibacterial sensor for all-round monitoring of humidity and temperature in grain storage”為題發表于《Chemical Engineering Journal》。論文的通訊作者為廣西大學化學化工學院林寶鳳教授，第一作者為2021級博士研究生鄧永福。該研究得到國家自然科學基金（22175045）和廣西自然科學基金重點項目（2021GXNSFDA220005）的資助。
圖1.（a）一步法制備CPAF的示意圖；（b）柔性CPAF的圖片；（c）CPAF的濕度響應導電特性；（d）CPAF的橫截面SEM圖；（e）CPAF的橫截面EDX元素分布圖；（f）CPAF的超薄切面的TEM圖；（g）CPAF中的AgNPs粒徑分布。
圖2.（a）在75% RH下CPAF的含水量和電流隨時間的變化關系；（b）在不同濕度飽和下的電導率；（c-f）不同濕度下的電阻與時間變化曲線；（g）不同濕度下的電流變化與時間的曲線；（h）電阻對濕度變化的響應；（i）電流對濕度變化的響應；（j）濕度響應的機理示意圖。
圖3.（a）溫度傳感實驗照片；（b）在溫度范圍為30-85℃內升溫時的相對電阻變化；（c）CPAF的相對電阻與溫度隨時間的變化曲線；（d）相對電阻在31.0-32.0范圍內的溫度響應，采樣間隔為0.1℃；（e）相對電阻在61.0-62.0范圍內的溫度相應，采樣間隔為0.1℃；（f）CPAF對溫度在50和70℃之間變化的電阻傳感信號；（g）不同含水量的CPAF對溫度變化的傳感信號；（h）加熱板與CPAF表面的溫度變化曲線；（i）CPAF在不同溫度時的IR熱成像。
圖4.（a）模擬糧食存儲溫度和濕度變化監測實驗；（b）谷物含水量與檢測電流信號的變化關系；（c）谷物溫度變化與傳感器電流隨時間變化曲線；（d）分別位于傳感器陣列中頂部與底部的傳感器傳信號；（e-f）傳感器陣列中防潮處理（sensor 1）和未處理（sensor 2）分布在加熱和吸濕過程中的傳感信號；（g）構建CPAF傳感器陣列應用于大型糧倉實現全方位濕度和溫度變化監測的示意圖。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894725013191
