英國曼徹斯特大學(University of Manchester)的研究人員將石墨烯傳感器嵌入于無線射頻辨識(RFID)裝置中，以實現(xiàn)免用電池的無線智能濕度監(jiān)測器。這項研究的目標是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)在制造業(yè)、食品安全、醫(yī)療保健以及像核廢料處理等敏感操作環(huán)境的應用。
研究人員在發(fā)表于《科學報告》(Scientific Reports)的論文中描述了他們的研究。透過將石墨烯氧化物(GO，石墨烯的衍生物)分層到石墨烯上以創(chuàng)建軟性的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該團隊開發(fā)了用于遠程監(jiān)控的濕度傳感器，并能夠連接到任何無線網(wǎng)絡(luò)。該實驗裝置不需要電池供電，因為它能從接收器采集電力。據(jù)研究人員介紹，這些傳感器可以逐層打印，以極低的成本實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。
研究小組負責人Zhirun Hu預測，這項研究將致使“這一技術(shù)在未來與其他2D材料整合的可能性，從而開創(chuàng)無線感測應用的新局面”。
根據(jù)這篇論文，這項研究還涉及在GHz頻率的各種濕度條件下測量GO的相對介電常數(shù)。研究人員發(fā)現(xiàn)，相對介電常數(shù)隨著吸水量的增加而增加。在 GHz頻率環(huán)境下的實驗結(jié)果，不同于幾MHz或更低頻率環(huán)境下的結(jié)果，在低頻環(huán)境下，相對介電常數(shù)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，透過在石墨烯天線上涂覆GO層來制作無電池無線的RFID濕度傳感器。GO/石墨烯天線的諧振頻率以及反向散射相位對周圍濕度變得特別敏感，并且可以由RFID讀取器檢測到具體數(shù)值。因此，該結(jié)構(gòu)允許將數(shù)字辨識組件放置在任何位置或物品上實現(xiàn)無線濕度監(jiān)測，并為物聯(lián)網(wǎng)應用的低成本高效率傳感器鋪路。
石墨烯于2004年在曼徹斯特大學被發(fā)現(xiàn)，是第一個被分離出的2D材料。它比鋼更堅固，重量更輕、更軟，導電性也比銅好。自從石墨烯被發(fā)現(xiàn)以后，陸續(xù)有其他一些2D材料被鑒定出來，而且這一串名單還在繼續(xù)增加中。科學家們透過將2D材料按照精確選擇的順序分層，以創(chuàng)建范德華(van der Waals)異質(zhì)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)他們可以制造出針對特定用途的高性能結(jié)構(gòu)。
負責協(xié)調(diào)濕度傳感器項目的曼徹斯特大學教授Konstantin Novoselov于2010年榮獲諾貝爾物理學獎，他稱該項目是“可印刷技術(shù)的第一個例子，能讓幾種2D材料匯集在一起，創(chuàng)造出適合工業(yè)應用的功能組件。物聯(lián)網(wǎng)是一個快速成長的技術(shù)領(lǐng)域，我相信2D材料將在這里發(fā)揮重要作用。”
編譯：Luffy Liu
(參考原文：Graphene Research Targets Wireless Sensors for IoT，by Nitin Dahad)
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