4、基于二维材料的物联网射频无线通信与传感系统

基于二维材料的物联网射频无线通信与传感系统

1. 引言

如今，物联网（IoT）在医疗保健、汽车、农业、零售、安全和特定环境控制等领域的影响日益显著。得益于纳米技术、微系统工程和无线技术的飞速发展，基于纳米材料的传感器有望推动无线物联网传感器市场的发展，这些传感器具有紧凑、低成本、可穿戴、基于纺织品和轻量化等特点。

与传统的块状半导体相比，低维纳米材料对暴露环境和化学物质更为敏感。在众多纳米材料中，二维（2D）材料，如石墨烯及其衍生物，在过去十年中受到了广泛研究。它们通常以强键合单层堆叠的形式存在，层间吸引力较弱，可通过剥离或化学气相沉积（CVD）方法分离成单原子层。

1.1 石墨烯的特性与应用

• 特性 ：石墨烯由单层石墨构成，是首个被发现的二维材料。2004 年，Geim 团队报道了首个石墨烯场效应晶体管（GFET），开启了二维电子学的新领域。GFET 具有超高载流子迁移率和截止频率（高达 840 GHz），适用于射频（RF）应用，如现代通信系统中的高频功率放大器和振荡器。此外，石墨烯晶体管或电极具有柔性、高耐用性和光学透明性，使其成为可穿戴和纺织电子的理想材料。
• 应用 ：GFET 的电学特性可通过化学门控效应进行灵敏调节，实现对气体、化学物质或生物分子的选择性检测，灵敏度可达单分子水平。然而，原始石墨烯没有带隙，这使得 GFET 在逻辑/数字电路应用中因缺乏高开关电流比而不适用，在 RF/模拟应用中也因难以实现饱和而功率增益有限。

1.2 其他二维材料的研究

为了克服石墨烯的局限性，研究