28、物联网低维材料与设备的前景、挑战及相关技术发展

物联网低维材料与设备的前景、挑战及相关技术发展

1. 多功能节点概念与石墨烯的潜力及挑战

以石墨烯为例，它为物联网多功能节点概念提供了很好的范例。石墨烯具备出色的电子迁移率和机械柔韧性，这一独特组合使其成为兼具传感和射频传输能力的柔性模拟设备的理想选择。目前，石墨烯在倍频器、混频谐振器和能源设备等方面展现出巨大潜力。

不过，由于对石墨烯的击穿电压、电子速度、饱和电流等参数的认识不足，全石墨烯器件的实现仍面临挑战。尽管如此，多功能石墨烯器件为全石墨烯电路提供了可行路径，虽然相关研究仍需进一步推进。此外，石墨烯因缺乏带隙而导致功耗较高，不过通过尺寸调整有望实现一些新应用，从而解决这一局限。

2. 物联网可持续能源设备

为使物联网节点中的各种设备长期正常工作，稳定的能源设备至关重要。传统能源设备寿命有限，需定期更换，并非理想的能源解决方案。相比之下，燃料电池具有更高的能量转换效率，超级电容器具有更大的电流容量，它们能够长时间供电，在便携式电子设备等领域前景广阔。同时，“无线”供电系统也受到越来越多的研究关注，因为它能更便捷地为偏远和危险区域的设备供电。

2.1 燃料电池

燃料电池通过电化学反应将化学能转化为电能，不受卡诺循环效应限制，是高效的能量转换装置。与太阳能、风能等其他能源相比，燃料电池更可靠；与传统锂电池相比，其环境污染更小。

除常见的氢燃料电池和甲醇燃料电池外，酶生物燃料电池（EBFC）因其低成本和良好的生物相容性而备受关注。EBFC直接使用生物酶作为电极催化剂，将化学能转化为电能，有望为下一代可穿戴电子设备供电。为提高输出功率，Prasad等人设计了一种新型EBFC电池，通过制造酶功能化