Lehet, hogy sokat nem gondolunk rájuk, de az antennák mindenütt megtalálhatók. Telefonjainkban, autóinkban, lopásgátló címkékben a vásárolt ruhákon, és mivel a tárgyak internete egyre inkább jelenlévő valósággá válik, új helyeken jelennek meg, például a mikrohullámok és a lámpák. A mérnökök ezért olyan módszereket keresnek, amelyek révén az antennák kisebbek, könnyebbek és könnyebben alkalmazhatók.
A Drexel Egyetem kutatói most kifejlesztettek egy módszert szinte láthatatlan antennák létrehozására szinte bármilyen felületen, szó szerint szórva a festékre. Az antennák speciális kétdimenziós fém anyagból készülnek, az MXene néven. Az MXene por feloldható vízben, és így egy festék alakul ki, amelyre ezután a festéket fel kell festeni. A tesztek során még egy olyan vékony réteg is, amely mindössze 62 nanométer - ezerszer vékonyabb, mint egy papírlap - képes lenne hatékonyan kommunikálni. A teljesítmény mindössze 8 mikronon volt elérhető, egy olyan ponton, ahol a szórható antennák ugyanúgy működtek, mint a mobil eszközökben és a vezeték nélküli útválasztókban.
Az antennák annyira vékonyak, hogy rá lehet permetezni anélkül, hogy súlyt vagy tömeget növelnének, még olyan apró eszközökhöz is, mint az orvosi érzékelők. És rugalmasak is, azaz nem sík felületeken, például függönyökön menhetnek fel. A kutatók szerint az antennák hatalmas fejlesztéseket tehetnek a vezeték nélküli eszközökben és a tárgyak internetében, különös tekintettel a hordozható tárgyakra - akár antennát is permetezhet a zoknira, hogy nyomon tudja követni ezeket.
"Ez lehetővé teszi a tényleges vezeték nélküli kommunikációt bármely elemmel" - mondta Yury Gogotsi, a kutatást vezető anyagtudományi és mérnöki tanár. "Ez valódi változást hozhat, mert egy olyan világ felé megyünk, ahol minden összekapcsolódik."
Képzelje el, hogy bármilyen antennát azonnal felvihet bármilyen birtokában lévő elemre, és kommunikációs eszközzé teheti. Helyezzen egy antennát a kutya gallérjára, hogy ne eltévedjen. Tegye egyet a hűtőszekrénybe, hogy kommunikáljon a telefonjával. Tegye őket a teniszlabdájára, hogy figyelemmel kísérje a tálalás sebességét.
A kutatást nemrégiben a Science Advances folyóiratban tették közzé.
Az MXene-t, a kétdimenziós titán-karbid anyagot a Drexel kutatói fedezték fel 2011-ben, és 2015-ben szabadalmaztattak. az eszközök közötti elektromágneses interferencia megelőzése; veszélyes vegyi anyagok érzékelése a levegőben és így tovább. A tanulmányban az MXene antennák 50-szer jobban teljesítettek, mint a grafénből, azaz a jelenlegi "forró" nanomatermékből készültek.
Más nanóanyagoktól eltérően az MXene nem igényel kötőanyagokat vagy hevítést a nanorészecskék összetapadásához. Csak annyit kell összekeverni vízzel és permetezni egy kefével. A kapott antennák még mozgó és hajlító anyagokon is működhetnek, mint például a textil, bár ez befolyásolja a vételt, ugyanúgy, mint az antenna mozgatása egy régi tévéknél.
Az antennák permetezése „érdekes megközelítés” - mondja Josep Jornet, a buffói egyetem villamosmérnöki professzora, aki kommunikációs hálózatokon és a tárgyak internetén dolgozik.
A vékony rugalmas antennákkal kapcsolatos legtöbb kutatás nyomtatással foglalkozik - mondta Jornet. A permetezés azonban gyorsabb lehet.
De bár az antenna teljesítménye, amint azt a papír mutatja, "nagyon jó", mondja Jornet, "az antenna önmagában nem más, mint egy darab fém."
Annak érdekében, hogy az antennák maximálisan hasznosak legyenek, magyarázza, ezek párosulnak olyan rugalmas elektronikai típusokkal - gondoljuk, hogy nyújtható telefonok vagy roll-up tabletták -, amelyek még nem léteznek. Sok kutató dolgozik ezen, és ennek még nem sikerült megvalósítania.
A Drexel csapata a szórható antennákat durva anyagon, cellulózpapíron és egy sima polietilén-tereftalát lapon vizsgálta. Most azt tervezik, hogy más felületeken is kipróbálják, beleértve az üveget, a fonalat és a bőrt - a fonalantennák összekapcsolt textíliákat készíthetnek, míg a bőr állategészségügyi vagy emberi gyógyászatban alkalmazható. Reméljük, hogy befektetőkkel vagy üzleti partnerekkel léphetnek kapcsolatba olyan termékek kifejlesztésében, amelyek előnyeik lehetnek az antennákból.
Noha az antennákat közvetlenül a bőrre permetezhető hordozható anyagokban vagy egészségügyi monitorokban lehet használni, Gogotsi óvatosságot javasol, mivel az MXene kevés tapasztalattal rendelkezik arra, hogy ezeket emberben alkalmazzák.
"Mindig kissé foglalkozunk az új anyagokkal" - mondja. „Biokompatibilis? Vannak hosszú távú következmények? Azt javaslom, várjunk, mielőtt közvetlenül a bőrre helyezzük. ”
A csapat azt is megvizsgálja, hogyan lehetne optimalizálni az anyagot a vezetőképesség és szilárdság szempontjából, potenciálisan még vékonyabbá és könnyebbé tenni a pontosabb formákban, valamint különféle frekvenciákon való működésre.
„Rengeteg lehetőség van a fejlesztésre” - mondja Gogotsi. "Az első soha nem a legjobb."
