- 首批用于溫度傳感器供能的石墨烯太陽能電池
- 來源：阿肯色大學 發表于 2025/11/18
將傳感器功率需求降低到納瓦，即十億分之一瓦，而當前標準以微瓦（百萬分之一瓦）為單位。
利用從當地環境中收集的能量為傳感器供能。
阿肯色大學和密歇根大學的研究人員報告了首次使用石墨烯基太陽能電池的超低功耗溫度傳感器。該測試是開發自主傳感器系統的第一道難關，該系統從環境中的多個來源——太陽能、熱輻射、聲學、動能、非線性和環境輻射——汲取電力。
該研究發表在《真空科學與技術雜志B》上。
最終目標是開發利用石墨烯能量采集能力的多模態傳感器（結合上述多種能源），這些傳感器可持續數十年，有助于實現物聯網，智能技術融入日常生活。
Ashaduzzaman是物理學博士候選人，是亞伯蘭大學主導論文的第一作者，但石墨烯能量收集器是物理學教授Paul Thibado的創意，他十多年前開始研究石墨烯的獨特性質，并擔任通訊作者。
成功取決于克服兩個挑戰：
值得注意的是，該系統及預計未來系統不包括電池，電池壽命有限，使石墨烯基礎的能量收集器能夠實現較長的運行壽命——甚至數十年。
“電力必須來自本地環境，”蒂巴多解釋道，“所以它是自給自足且自主的，并且必須擁有極長的使用壽命，才能顯著降低總擁有成本。所以設定好，然后忘了它。”
亞伯蘭大學團隊主要負責完成上述第二個挑戰，而密歇根大學團隊由電氣工程與計算機科學教授David Blaauw領導，主要負責第一個挑戰。Blaauw是低功耗無線傳感器和嵌入式系統的專家。他甚至設計了可以植入蝴蝶翅膀上的微型傳感器。
論文確認，利用石墨烯基太陽能制造超低功耗溫度傳感器是可能的。
“我們想如果能拆掉電源管理單元，也許這個傳感器系統能消耗更少的電力，”阿沙杜扎曼解釋道。“所以我們就這么做了。然后我們連接了三組太陽能電池，直接用三個儲能電容器為溫度系統供電。”
Thibado補充道：“我們預計將制造能夠在設備內收集多種能源的設備。”
通過實現“多模態”，可以通過額外的熱或非線性電力來彌補間歇性太陽能短缺，無論具體情況如何。
Thibado預見到傳感器將用于那些傳感器本應有用的領域和領域，但更換電池的需求將使得它們勞動力和成本過高。這可能包括農業氣候監測、畜牧追蹤、可穿戴健身監測、建筑報警系統、預測性維護以及其他廣泛的應用。
論文摘要用通俗易懂的語言描述了這項工作，指出研究人員“制造了數十個石墨烯基太陽能電池，將其線粘成標準封裝，并在照明下對每個電池的電流-電壓特性進行了表征。接著，太陽能電池串聯以提升輸出電壓。三組不同的太陽能電池用于為三個儲能電容器充電，達到溫度傳感器所需的電壓水平。
“存儲電容器只需幾分鐘即可充電，但傳感器系統可連續供電超過24小時且不需充電。使用儲能電容還消除了對典型電源管理芯片和常用可充電電池的需求。因此，可以降低傳感器系統的整體功耗，顯著延長其使用壽命，“摘要中寫道。
來自阿爾伯塔大學的合著者還包括博士生Syed M. Rahman、Md R. Kabir和James M. Magnum。密歇根大學的合著者還包括洪道和戈登·卡里奇納，以及布勞。
Ashaduzzaman表示，他已經研究溫度傳感器大約一年半了。他說，下一步是完善一種動能收集器，能夠從石墨烯獨特的振動特性中收集能量。該能力隨后將與太陽能傳感器結合，形成多模態傳感器。至少，這是計劃。
更多信息：Ashaduzzaman 等人，《微石墨烯-硅太陽能電池陣列間歇性充電以驅動溫度傳感器的儲能電容器》，《真空科學與技術雜志》B（2025）。DOI：10.1116/6.0004618
由阿肯色大學提供
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