石墨烯研究瞄準物聯網應用的無線感測器

EETimes倫敦報道 - 英國曼徹斯特大學的研究人員將石墨烯感測器嵌入射頻識別（RFID）設備中，以實現無電池、無線智能濕度監測。這項研究的目標是實現物聯網（IoT）在製造業、食品安全、醫療保健和核廢料處理等敏感操作環境中的應用。

研究人員在剛剛發表在「科學報告」上的論文中描述了他們的工作。通過將石墨烯氧化物（GO，石墨烯的衍生物）分層到石墨烯上以創建靈活的異質結構，該團隊開發了用於遠程監控的濕度感測器，並能夠連接到任何無線網路。該實驗裝置不需要電池供電，因為它從能量採集器獲取電力。據研究人員介紹，這些感測器可以逐層列印，以極低的成本實現大規模量產。

研究小組負責人Zhirun Hu預測，這項研究將導致「未來這一技術可能與其他二維材料相結合的可能性，開創無線感測應用的新局面」。

根據這篇論文，這項研究還涉及在千兆赫頻率的各種濕度條件下測量GO的相對介電常數。研究人員發現，相對介電常數隨著吸水量的增加而增加。在千兆赫茲頻率環境下的實驗結果，不同於幾兆赫茲或更低頻率環境下的結果，在低頻環境下，相對介電常數隨著濕度的降低而增加。

研究人員利用石墨烯氧化物的這種電性能，通過在石墨烯天線上塗覆GO層來製作無電池無線的RFID濕度感測器。 GO /石墨烯天線的諧振頻率（resonance frequency）以及反向散射相（backscattering phase）對周圍濕度變得特別敏感，並且可以由RFID讀取器檢測到具體數值。因此，該結構允許將數字識別器件放置在任何位置或物品上，實現無線濕度監測，並為物聯網應用的低成本高效感測器鋪平了道路。

感測器可以逐層列印，能以低成本實現大規模量產，並且該技術可適用於一系列2D材料。（Source：曼徹斯特大學）

石墨烯於2004年在曼徹斯特大學被發現，是第一個被分離出的二維材料。它比鋼更堅固，重量更輕，更靈活，導電性也比銅好。自從石墨烯被發現以後，陸續有其他一些二維材料被鑒定出來，並且這個名單還在繼續增長。科學家們通過將二維材料按照精確選擇的順序分層，以創建范德華異質結構（van der Waals heterostructures），發現他們可以製造出針對特定用途的高性能結構。

負責協調濕度感測器項目的曼徹斯特大學教授Konstantin Novoselov於2010年榮獲諾貝爾物理學獎，他稱該項目是「可印刷技術的第一個例子，幾種二維材料彙集在一起，創造出適合工業應用的功能性器件。物聯網是一個快速增長的技術領域，我相信二維材料將在這裡發揮重要作用。」

編譯：Luffy Liu

本文授權編譯自EE Times，版權所有，謝絕轉載

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