石墨烯传感器创新物联网应用

英国曼彻斯特大学的研究人员将石墨烯传感器嵌入于RFID装置中，实现了免用电池的无线智能湿度监测器；借由这项研究推动石墨烯技术结合其他2D材料的可能性，从而为无线感测应用开创新的物联网应用…

英国曼彻斯特大学(University of Manchester)的研究人员将石墨烯传感器嵌入于无线射频辨识(RFID)装置中，以实现免用电池的无线智能湿度监测器。这项研究的目标是实现物联网(IoT)在制造业、食品安全、医疗保健以及像核废料处理等敏感操作环境的应用。

研究人员在发表于《科学报告》(Scientific Reports)的论文中描述了他们的研究。透过将石墨烯氧化物(GO，石墨烯的衍生物)分层到石墨烯上以创建软性的异质结构，该团队开发了用于远端监控的湿度传感器，并能够连接到任何无线网路。该实验装置不需要电池供电，因为它能从接收器采集电力。据研究人员介绍，这些传感器可以逐层列印，以极低的成本实现大规模量产。

研究小组负责人Zhirun Hu预测，这项研究将致使“这一技术在未来与其他2D材料整合的可能性，从而开创无线感测应用的新局面”。

根据这篇论文，这项研究还涉及在GHz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 GHz频率环境下的实验结果，不同于几MHz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，透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以及反向散射相位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，该结构允许将数位辨识元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率传感器铺路。

传感器可以逐层列印，以低成本实现大规模量产；该技术适用于一系列2D材料 （来源：University of Manchester）

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2D材料。它比钢更坚固，重量更轻、更软，导电性也比铜好。自从石墨烯被发现以后，陆续有其他一些2D材料被鉴定出来，而且这一串名单还在继续增加中。科学家们透过将2D材料按照精确选择的顺序分层，以创建范德华(van der Waals)异质结构，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专案的曼彻斯特大学教授Konstantin Novoselov于2010年荣获诺贝尔物理学奖，他称该专案是“可印刷技术的第一个例子，能让几种2D材料汇集在一起，创造出适合工业应用的功能元件。物联网是一个快速成长的技术领域，我相信2D材料将在这里发挥重要作用。”