英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的研究人員將石墨烯傳感器嵌入于RFID裝置中，實(shí)現(xiàn)了免用電池的無(wú)線智能濕度監(jiān)測(cè)器;藉由這項(xiàng)研究推動(dòng)石墨烯技術(shù)結(jié)合其他2D材料的可能性，從而為無(wú)線感測(cè)應(yīng)用開創(chuàng)新的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
英國(guó)曼徹斯特大學(xué)(University of Manchester)的研究人員將石墨烯傳感器嵌入于無(wú)線射頻辨識(shí)(RFID)裝置中，以實(shí)現(xiàn)免用電池的無(wú)線智能濕度監(jiān)測(cè)器。這項(xiàng)研究的目標(biāo)是實(shí)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(yīng)用。
研究人員在發(fā)表于《科學(xué)報(bào)告》(Scientific Reports)的論文中描述了他們的研究。透過(guò)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(tuán)隊(duì)開發(fā)了用于遠(yuǎn)程監(jiān)控的濕度傳感器，并能夠連接到任何無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。該實(shí)驗(yàn)裝置不需要電池供電，因?yàn)樗軓慕邮掌鞑杉娏?。?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(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。
研究小組負(fù)責(zé)人Zhirun Hu預(yù)測(cè)，這項(xiàng)研究將致使“這一技術(shù)在未來(lái)與其他2D材料整合的可能性，從而開創(chuàng)無(wú)線感測(cè)應(yīng)用的新局面”。
根據(jù)這篇論文，這項(xiàng)研究還涉及在GHz頻率的各種濕度條件下測(cè)量GO的相對(duì)介電常數(shù)。研究人員發(fā)現(xiàn)，相對(duì)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(guò)在石墨烯天線上涂覆GO層來(lái)制作無(wú)電池?zé)o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(duì)周圍濕度變得特別敏感，并且可以由RFID讀取器檢測(cè)到具體數(shù)值。因此，該結(jié)構(gòu)允許將數(shù)字辨識(shí)組件放置在任何位置或物品上實(shí)現(xiàn)無(wú)線濕度監(jiān)測(cè)，并為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的低成本高效率傳感器鋪路。
傳感器可以逐層打印，以低成本實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn);該技術(shù)適用于一系列2D材料
石墨烯于2004年在曼徹斯特大學(xué)被發(fā)現(xiàn)，是第一個(gè)被分離出的2D材料。它比鋼更堅(jiān)固，重量更輕、更軟，導(dǎo)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(lái)，而且這一串名單還在繼續(xù)增加中?？茖W(xué)家們透過(guò)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(duì)特定用途的高性能結(jié)構(gòu)。
負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)濕度傳感器項(xiàng)目的曼徹斯特大學(xué)教授Konstantin Novoselov于2010年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，他稱該項(xiàng)目是“可印刷技術(shù)的第一個(gè)例子，能讓幾種2D材料匯集在一起，創(chuàng)造出適合工業(yè)應(yīng)用的功能組件。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)快速成長(zhǎng)的技術(shù)領(lǐng)域，我相信2D材料將在這里發(fā)揮重要作用。”
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