石墨烯研究瞄准物联网应用的无线传感器
2018-01-12 11:11:57   来源：EETimes   评论：0   点击：

EETimes伦敦报道 - 英国曼彻斯特大学的研究人员将石墨烯传感器嵌入射频识别（RFID）设备中，以实现无电池、无线智能湿度监测。这项研究的目标是实现物联网（IoT）在制造业、食品安全、医疗保健和核废料处理等敏感操作环境中的应用。

研究人员在刚刚发表在“科学报告”上的论文中描述了他们的工作。通过将石墨烯氧化物（GO，石墨烯的衍生物）分层到石墨烯上以创建灵活的异质结构，该团队开发了用于远程监控的湿度传感器，并能够连接到任何无线网络。该实验装置不需要电池供电，因为它从能量采集器获取电力。据研究人员介绍，这些传感器可以逐层打印，以极低的成本实现大规模量产。

研究小组负责人Zhirun Hu预测，这项研究将导致“未来这一技术可能与其他二维材料相结合的可能性，开创无线传感应用的新局面”。

根据这篇论文，这项研究还涉及在千兆赫频率的各种湿度条件下测量GO的相对介电常数。研究人员发现，相对介电常数随着吸水量的增加而增加。在千兆赫兹频率环境下的实验结果，不同于几兆赫兹或更低频率环境下的结果，在低频环境下，相对介电常数随着湿度的降低而增加。

研究人员利用石墨烯氧化物的这种电性能，通过在石墨烯天线上涂覆GO层来制作无电池无线的RFID湿度传感器。 GO /石墨烯天线的谐振频率（resonance frequency）以及反向散射相（backscattering phase）对周围湿度变得特别敏感，并且可以由RFID读取器检测到具体数值。因此，该结构允许将数字识别器件放置在任何位置或物品上，实现无线湿度监测，并为物联网应用的低成本高效传感器铺平了道路。

传感器可以逐层打印，能以低成本实现大规模量产，并且该技术可适用于一系列2D材料。（Source：曼彻斯特大学）

石墨烯于2004年在曼彻斯特大学被发现，是第一个被分离出的二维材料。它比钢更坚固，重量更轻，更灵活，导电性也比铜好。自从石墨烯被发现以后，陆续有其他一些二维材料被鉴定出来，并且这个名单还在继续增长。科学家们通过将二维材料按照精确选择的顺序分层，以创建范德华异质结构（van der Waals heterostructures），发现他们可以制造出针对特定用途的高性能结构。

负责协调湿度传感器项目的曼彻斯特大学教授Konstantin Novoselov于2010年荣获诺贝尔物理学奖，他称该项目是“可印刷技术的第一个例子，几种二维材料汇集在一起，创造出适合工业应用的功能性器件。物联网是一个快速增长的技术领域，我相信二维材料将在这里发挥重要作用。”