以石墨烯為基礎的薄膜功能材料以其在宏觀狀態(tài)下表現(xiàn)出的優(yōu)異導電、導熱和可彎折等特性，成為新一代柔性高導電率薄膜材料。通常來說，石墨烯薄膜材料是由單層或少數(shù)層石墨烯納米片、碳納米管等一維、二維碳材料通過旋涂、抽濾、壓制甚至是噴墨打印、3D打印等過程制備而成的三維材料，再使用高溫固化進行成膜處理。這樣制得的石墨烯柔性導電薄膜的厚度通常為微米級，包含了數(shù)萬層的石墨烯。雖然這種薄膜損失了石墨烯的透光性，但通過石墨烯層之間的緊密排列，得到了非常優(yōu)異的導電特性，其電導率可達到與金屬相比擬。

【成果簡介】

近期，武漢理工大學射頻與微波研究中心何大平教授課題組利用厚度為30 μm、電導率高達106 S/m的多層石墨烯薄膜，設計了一種新型環(huán)保、低成本紙基柔性天線壓力傳感器。該傳感器表現(xiàn)出較好的輻射性能與較強的應力感應特性，通過與金屬銅天線進行對比，石墨烯薄膜柔性天線具有更高的靈敏度和更優(yōu)異的穩(wěn)定性能。此外，石墨烯薄膜柔性天線壓力傳感器還具有靈活的機械性能、可逆的形變性以及優(yōu)異的耐溫性。

【圖文導讀】

圖1. 石墨烯薄膜的表征及其應用于天線傳感器的性能

(a) 氧化石墨烯的TEM圖，插圖分別為氧化石墨烯溶液。

(b)柔性石墨烯薄膜在彎曲下的照片。

(c)柔性石墨烯薄膜截面的SEM圖，厚度為30 μm。

(d) 紙基石墨烯天線壓力傳感器貼于手背處。

(e) 歸一化的諧振頻率隨運動狀態(tài)變化曲線。

(f) PET基石墨烯天線壓力傳感器貼于手肘處。

在實際應用中，根據(jù)不同的測試環(huán)境，選擇不同的基底材料同樣也能完成壓力傳感的功能。由于紙基比PET基與人體貼合度更高，所以圖中紙基天線顯現(xiàn)出了更為優(yōu)異的頻偏性能。

【小結(jié)】

該工作提出了一種將石墨烯薄膜引入到柔性天線傳感器中的應用，實現(xiàn)了高靈敏度、高穩(wěn)定性的壓力傳感，非常適合應用于可穿戴設備和無線應變傳感等領(lǐng)域。這項工作為基于石墨烯的電子器件的研究提供了一種新思路，同時為進一步提升各種傳感器以及天線的性能提供了一種新型功能化石墨烯材料。