Nie myślimy o nich zbyt wiele, ale anteny są wszędzie. W naszych telefonach, w samochodach, w metkach antykradzieżowych na kupowanych przez nas ubraniach, a gdy Internet Rzeczy staje się coraz bardziej aktualną rzeczywistością, pojawiają się w nowych miejscach, takich jak kuchenki mikrofalowe i lampy. Inżynierowie szukali zatem metod, dzięki którym anteny będą mniejsze, lżejsze i łatwiejsze do zastosowania.
Teraz naukowcy z Drexel University opracowali metodę tworzenia prawie niewidocznych anten na niemal każdej powierzchni, dosłownie rozpylając je jak farbę. Anteny wykonane są ze specjalnego dwuwymiarowego materiału metalicznego o nazwie MXene. Proszek MXene można rozpuścić w wodzie, aby stworzyć farbę, którą następnie natryskuje się powietrzem. W testach nawet warstwa tak cienka jak zaledwie 62 nanometry - tysiące razy cieńsza niż kartka papieru - mogła skutecznie się komunikować. Maksymalna wydajność osiągnęła zaledwie 8 mikronów, w punkcie, w którym anteny natryskowe działały równie dobrze, jak te stosowane obecnie w urządzeniach mobilnych i routerach bezprzewodowych.
Anteny są tak cienkie, że można je rozpylać bez zwiększania ciężaru lub masy, nawet na małe urządzenia, takie jak czujniki medyczne. Są również elastyczne, co oznacza, że mogą poruszać się na niepłaskich powierzchniach, takich jak zasłony. Naukowcy twierdzą, że anteny mogą znacznie poprawić urządzenia bezprzewodowe i Internet przedmiotów, szczególnie jeśli chodzi o urządzenia do noszenia - możesz nawet rozpylić antenę na skarpetki, aby je śledzić.
„Umożliwi to naprawdę bezprzewodową komunikację z dowolnym przedmiotem” - mówi Yury Gogotsi, profesor inżynierii materiałowej i inżynierii, który kierował badaniami. „To może mieć znaczącą różnicę, ponieważ zmierzamy do świata, w którym wszystko będzie połączone”.
Wyobraź sobie, że możesz natychmiast zastosować antenę do dowolnego posiadanego przedmiotu i uczynić go urządzeniem komunikacyjnym. Możesz umieścić antenę na obroży swojego psa, aby go nie zgubić. Umieść jeden na lodówce, aby mógł komunikować się z telefonami. Połóż je na piłkach tenisowych, aby monitorować prędkość serwowania.
Badanie zostało niedawno opublikowane w czasopiśmie Science Advances .
MXene, dwuwymiarowy materiał z węglika tytanu, został odkryty przez badaczy Drexel w 2011 r. I opatentowany w 2015 r. Niezwykle wytrzymały i przewodzący, ma potencjał do zastosowania w urządzeniach do przechowywania energii, takich jak elektrody akumulatorowe, które mogą ładować telefony w kilka sekund; zapobieganie zakłóceniom elektromagnetycznym między urządzeniami; wykrywanie niebezpiecznych substancji chemicznych w powietrzu i nie tylko. W badaniu anteny MXene działały 50 razy lepiej niż te wykonane z grafenu, obecnego „gorącego” nanomateriału.
W przeciwieństwie do innych nanomateriałów, MXene nie wymaga żadnych środków wiążących ani ogrzewania, aby skleić nanocząstki razem. Wystarczy zmieszać z wodą i spryskać aerografem. Powstałe anteny mogą nawet pracować na ruchomych i zginających się materiałach, takich jak tekstylia, choć wpłynie to na odbiór, podobnie jak miało to miejsce w przypadku przenoszenia anteny na starym telewizorze.
Natryskiwanie anten to „ciekawe podejście” - mówi Josep Jornet, profesor elektrotechniki na uniwersytecie w Buffalo, który pracuje w sieciach komunikacyjnych i Internecie rzeczy.
Jornet mówi, że większość badań cienkich elastycznych anten dotyczy drukowania. Ale opryskiwanie może być szybsze.
Ale chociaż wydajność anteny pokazana w artykule jest „bardzo dobra”, mówi Jornet, „sama antena jest niczym innym jak kawałkiem metalu”.
Wyjaśnia, że aby anteny były maksymalnie użyteczne, byłyby one sparowane z typami elastycznej elektroniki - pomyśl rozciągliwe telefony lub tablety zwijane - które jeszcze nie istnieją. Jest to coś, nad czym pracuje wielu badaczy, ale jeszcze nie zostało zrealizowane.
Zespół Drexel przetestował natryskowe anteny na szorstkim materiale, papierze celulozowym i gładkim arkuszu z politereftalanu etylenu. Planują teraz przetestować go na innych powierzchniach, w tym na szkle, przędzy i skórze - anteny z przędzy mogą tworzyć połączone tkaniny, a skóra może mieć zastosowanie w weterynarii lub medycynie ludzkiej. Mają nadzieję współpracować z inwestorami lub partnerami handlowymi zainteresowanymi opracowaniem produktów, które mogłyby skorzystać z anten.
Podczas gdy anteny mogą być używane do noszenia ubrań lub monitorów zdrowia rozpylanych bezpośrednio na skórę, Gogotsi zaleca ostrożność, ponieważ MXene ma niewiele zapisów dotyczących stosowania u ludzi.
„Zawsze troszczymy się o nowe materiały” - mówi. „Czy jest biokompatybilny? Czy są długoterminowe konsekwencje? Sugerowałbym, że powinniśmy poczekać przed nałożeniem go bezpośrednio na skórę. ”
Zespół zastanawia się również, jak zoptymalizować materiał pod względem przewodności i wytrzymałości, potencjalnie czyniąc go jeszcze cieńszym i łatwiejszym do natryskiwania w bardziej precyzyjne kształty, a także sprawiając, że działa on na różnych częstotliwościach.
„Jest wiele miejsca na ulepszenia”, mówi Gogotsi. „Pierwszy nigdy nie jest najlepszy”.
