將石墨烯傳感器嵌入射頻識別設(shè)備中，以實現(xiàn)無電池、無線智能濕度監(jiān)測

英國曼徹斯特大學的研究人員將石墨烯傳感器嵌入射頻識別（RFID）設(shè)備中，以實現(xiàn)無電池、無線智能濕度監(jiān)測。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)療保健和核廢料處理等敏感操作環(huán)境中的應用。研究人員在剛剛發(fā)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(chuàng)建靈活的異質(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，因為它從能量采集器獲取電力。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，這項研究將導致“未來這一技術(shù)可能與其他二維材料相結(jié)合的可能性，開創(chuàng)無線傳感應用的新局面”。根據(jù)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(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。在千兆赫茲頻率環(huán)境下的實驗結(jié)果，不同于幾兆赫茲或更低頻率環(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，通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（resonance frequency）以及反向散射相（backscattering phase）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)字識別器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)應用的低成本高效傳感器鋪平了道路。

傳感器可以逐層打印，能以低成本實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，并且該技術(shù)可適用于一系列2D材料。（Source：曼徹斯特大學）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(fā)現(xiàn)以后，陸續(xù)有其他一些二維材料被鑒定出來，并且這個名單還在繼續(xù)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(chuàng)建范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)（van der Waals heterostructures），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，幾種二維材料匯集在一起，創(chuàng)造出適合工業(yè)應用的功能性器件。物聯(lián)網(wǎng)是一個快速增長的技術(shù)領(lǐng)域，我相信二維材料將在這里發(fā)揮重要作用。”