番茄废弃物衍生导电复合材料在水果生物阻抗监测中的应用研究

这篇综述创新性地利用农业废弃物（番茄植株）与天然乳胶（latex）复合石墨烯纳米片（GnPs），开发出具有优异导电性（电阻率0.46 Ω·m）和生物降解性的电极材料。该研究通过水基法制备的TWL20G复合材料（含20 wt.% GnPs）成功应用于水果成熟度生物阻抗监测，实现了电子废物与农业废弃物的双重资源化，为绿色电子（green electronics）和循环经济提供了新范式。

　　

材料开发与表征
研究团队创新性地将番茄加工废弃物（TW）通过氨水解处理（1M NH₃，40°C/24h）获得水解番茄废弃物（HTW），与天然乳胶（含94% cis-1,4-聚异戊二烯）以1:1比例复合，并掺入不同浓度（5-20 wt.%）的石墨烯纳米片（GnPs）。傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）显示，复合材料在3270 cm^-1处出现羟基特征峰，证实了TW中纤维素组分的保留。扫描电镜（SEM）揭示20% GnPs含量的TWL20G样品截面结构更致密，表面粗糙度达4.5 μm，显著高于无GnPs样品的1 μm。

力学与电学性能
力学测试显示，纯乳胶的弹性模量仅0.33±0.10 MPa，而TWL20G提升至767.58±92.70 MPa，拉伸强度达10.42±0.47 MPa，但断裂伸长率从1355.5%降至1.5%。电学测试表明，20% GnPs含量使材料在干燥和潮湿条件下均保持稳定电阻率（0.46 Ω·m），电子传导占主导。湿度实验显示，TWL20G在100%相对湿度下7天吸湿率约40%，远低于纯HTW的70%。

生物降解与功能验证
按ISO 23977-2标准进行的海水降解实验显示，TWL20G在30天内生化需氧量（BOD）达27.3 mg O₂/100 mg，与微晶纤维素（MCC）对照组（33.6 mg O₂/100 mg）相当。作为生物阻抗电极，TWL20G在香蕉监测中持续工作170小时，阻抗谱与商用ECG电极趋势一致，1kHz频率下成功捕获果实成熟相关的阻抗上升（日均波动约15%）。

应用前景与局限
该材料创新点在于全生物质利用策略——无需分离TW特定组分，通过简单水解即可实现废弃物增值。虽然目前电极电阻率（0.46 Ω·m）仍高于商用Ag/AgCl电极（0.10 Ω·m），但其生物降解性和40%湿度稳定性已满足短期监测需求。未来可通过表面疏水改性或标准化原料处理进一步提升性能，在智能农业（如非破坏性果实品质检测）和可穿戴健康监测领域具有应用潜力。