专家利用石墨烯研发出新型天线压力传感器 适用于可穿戴设备和无线应变传感等领域

引言

具有超高电子迁移率和超强机械韧性的石墨烯在太阳能电池、散热器、柔性电子器件等领域中极具发展前景。鉴于单层或少数层石墨烯还未得到广泛应用，以石墨烯为基础的薄膜功能材料以其在宏观状态下表现出的优异导电、导热和可弯折等特性，成为新一代柔性高导电率薄膜材料。通常来说，石墨烯薄膜材料是由单层或少数层石墨烯纳米片、碳纳米管等一维、二维碳材料通过旋涂、抽滤、压制甚至是喷墨打印、3D打印等过程制备而成的三维材料，再使用高温固化进行成膜处理。这样制得的的石墨烯柔性导电薄膜的厚度通常为微米级，包含了数万层的石墨烯。虽然这种薄膜损失了石墨烯的透光性，但通过石墨烯层之间的紧密排列，得到了非常优异的导电特性，其电导率可达到与金属相比拟。

成果简介

近期，武汉理工大学射频与微波研究中心何大平教授课题组利用厚度为30mm、电导率高达106S／m的多层石墨烯薄膜，设计了一种新型环保、低成本纸基柔性天线压力传感器。该传感器表现出较好的辐射性能与较强的应力感应特性，通过与金属铜天线进行对比，石墨烯薄膜柔性天线具有更高的灵敏度和更优异的稳定性能。此外，石墨烯薄膜柔性天线压力传感器还具有灵活的机械性能、可逆的形变性以及优异的耐温性。

图文导读

图1． 石墨烯薄膜的表征及其应用于天线传感器的性能

（a－c） TEM、XRD与截面SEM图，插图分别为氧化石墨烯溶液与拉曼光谱图。

（d） 纸基石墨烯天线压力传感器贴于手背处

（e） 归一化的谐振频率随运动状态变化曲线

（f） PET基石墨烯天线压力传感器贴于手肘处

在实际应用中，根据不同的测试环境，选择不同的基底材料同样也能完成压力传感的功能。由于纸基比PET基与人体贴合度更高，所以图中纸基天线显现出了更为优异的频偏性能。

小结

该工作提出了一种将石墨烯薄膜引入到柔性天线传感器中的应用，实现了高灵敏度、高稳定性的压力传感，非常适合应用于可穿戴设备和无线应变传感等领域。这项工作为基于石墨烯的电子器件的研究提供了一种新思路，同时为进一步提升各种传感器以及天线的性能提供了一种新型功能化石墨烯材料。