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石墨烯研究瞄准物联网应用的无线传感器

导读: 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。

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。

石墨烯研究瞄准物联网应用的无线传感器

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。”

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