Development of a novel redox sensor for sediment dynamics in coastal areas

开发用于沿海地区沉积物动态的新型氧化还原传感器

• 批准号: 22K14330
• 负责人: Kim Kyeongmin
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14330/
• 关键词: 燃料電池型センサー; 含水比計測; 湿潤密度計測; 溶存酸素計測; 酸化還元反応; 底泥; 電位センサー; 浮泥

本研究では沿岸域、特に航路のような人間活動と関連が密接な海底地形の変化をモニタリングするための電位センサーの開発を目指している。 このため、（1）最適な電極素材の検討、（2）水質、低質に対する電位の応答特性の解析、（3）電位以外の新たな電気化学的因子の検討について論文、発表の形で成果を得ている（予定を含む）。例えば，電位が捉える溶存酸素濃度の特性を利用して、藻類の光合成、赤潮現象などによって年間水質環境が大幅に変わる沿岸域で連続的かつ長期的に水質を計測する電位センサーの実証に成功した。約8ヶ月間連続測定した電位結果をもとに、底層の貧酸素水塊の発生および解消メカニズムを解明した。さらに、機械学習を利用して、電位と溶存酸素濃度の相関関係の長期的変化を学習させ、電位センサーで溶存酸素濃度を計測することに成功しており、この成果を現在Environmental Science and Pollution Researchジャーナルに投稿中である。本研究の最終目標である泥の挙動を計測することにおいて、電気化学的パラメータで底泥の浸食や堆積のような物理的挙動を計測するために電気抵抗値を因子とする新たなセンサーを開発した。このセンサーは、これまで連続的な計測手法の不在でできなかった台風などのイベント現象発生直後の地形変化を素早く把握するのに活用できる。本研究で開発した電気化学的手法で泥の物理的挙動を把握するセンサーは多様な現象をセンシングする応用可能性があり、経済性、耐久性などの面で長所があるため、今後沿岸域での多様なセンサーへの発展が期待される。

这项研究旨在开发潜在的传感器来监测海底地形的变化，海底地形与人类活动（例如沿海地区，尤其是路线）密切相关。因此，在（1）检查最佳电极材料的论文和演示文稿（包括计划）中获得了结果，（2）分析潜在的水质和低质量的响应特征，以及（3）检查电位以外的新电化学因素。例如，通过利用电势捕获的溶解氧浓度的特征，我们成功地证明了一个潜在的传感器，该传感器在沿海地区不断且长期测量水质，在沿海地区，由于藻类和红潮现象的光合作用，年度水质环境的光合作用发生了巨大变化。基于连续测量的潜在结果大约8个月，我们阐明了底层中产生和消除低氧水质量的机制。此外，使用机器学习，它已成功地用于学习潜在氧浓度和溶解的氧浓度之间的相关性的长期变化，并使用潜在的传感器测量溶解的氧气浓度，目前已将其发布在环境科学和污染研究期刊中。在测量泥浆的行为（这是本研究的最终目标）时，开发了一种新的传感器，该传感器使用电阻作为测量物理行为的因素，例如使用电化学参数来衡量诸如底部泥浆的侵蚀和沉积。该传感器可用于在事件现象（例如台风）之后立即快速掌握地形变化，这是由于没有连续测量方法而以前是不可能的。使用本研究中开发的电化学方法掌握泥浆行为的传感器具有感知各种现象的潜力，并且在经济学和耐用性方面具有优势，因此预计它们将来会发展为沿海地区的各种传感器。