Мы не можем много думать о них, но антенны есть везде. В наших телефонах, в наших автомобилях, в противоугонных бирках на одежде, которую мы покупаем, и когда Интернет вещей становится все более и более настоящей реальностью, они обнаруживаются в новых местах, таких как микроволновые печи и лампы. Поэтому инженеры искали способы сделать антенны меньше, легче и проще в применении.
Теперь исследователи из Университета Дрексел разработали метод создания почти невидимых антенн практически на любой поверхности путем буквального распыления их на краску. Антенны изготовлены из специального двумерного металлического материала под названием MXene. Порошок MXene можно растворить в воде, чтобы создать краску, которая затем наносится аэрографом. В ходе испытаний даже слой толщиной всего 62 нанометра - в тысячи раз тоньше листа бумаги - мог эффективно взаимодействовать. Максимальная производительность составила всего 8 микрон - точка, в которой распыляемые антенны работали так же, как и те, которые в настоящее время используются в мобильных устройствах и беспроводных маршрутизаторах.
Антенны настолько тонкие, что их можно распылять, не прибавляя веса или объема, даже к крошечным устройствам, таким как медицинские датчики. И они тоже гибкие, что означает, что они могут ходить на неплоских поверхностях, как шторы. Исследователи говорят, что антенны могут значительно улучшить беспроводные устройства и Интернет вещей, особенно когда речь идет о носимых устройствах - вы даже можете распылять антенну на носки, чтобы следить за ними.
«Это позволит по-настоящему осуществлять беспроводную связь с любым предметом», - говорит Юрий Гогоци, профессор материаловедения и инженерии, который руководил исследованиями. «Это может иметь реальное значение, потому что мы идем к миру, где все будет связано».
Представьте себе возможность мгновенно наложить антенну на любой предмет, который у вас есть, и превратить его в устройство связи. Вы можете поставить антенну на ошейник вашей собаки, чтобы он не заблудился. Положите один на холодильник, чтобы он мог общаться с вашими телефонами. Положите их на свои теннисные мячи, чтобы контролировать скорость подачи.
Исследование было недавно опубликовано в журнале Science Advances .
MXene, двумерный карбид титана, был открыт исследователями Drexel в 2011 году и запатентован в 2015 году. Сверхпрочный и проводящий, он показал потенциал для использования в устройствах накопления энергии, таких как аккумуляторные электроды, которые могут заряжать телефоны за считанные секунды; предотвращение электромагнитных помех между устройствами; ощущать опасные химические вещества в воздухе и многое другое. В исследовании антенны MXene работали в 50 раз лучше, чем сделанные из графена, нынешнего «горячего» наноматериала.
В отличие от других наноматериалов, MXene не требует каких-либо связующих веществ или нагревания для склеивания наночастиц вместе. Все, что нужно, это смешать с водой и распылить аэрографом. Получающиеся в результате антенны могут даже работать на материалах, которые движутся и изгибаются, таких как текстиль, хотя это повлияет на прием, во многом аналогично перемещению антенны на старом телевизоре.
Опрыскивание антенн - это «интересный подход», говорит Джозеп Джорнет, профессор электротехники в университете в Буффало, который работает в сетях связи и интернете вещей.
Джорнет говорит, что большинство исследований тонких гибких антенн связано с печатью. Но распыление может быть быстрее.
Но в то время как характеристики антенны, как показано в статье, «очень хорошие», говорит Джорнет, «сама антенна - не что иное, как кусок металла».
Он объясняет, что для того, чтобы антенны были максимально полезными, они должны быть соединены с типами гибкой электроники - например, растягиваемых телефонов или свернутых планшетов - которые еще не существуют. Это то, над чем работают многие исследователи, но оно еще не достигнуто.
Команда Drexel проверила напыленные антенны на шероховатом материале, целлюлозной бумаге и гладкой полиэтилентерефталатной пленке. Теперь они планируют протестировать его на других поверхностях, в том числе на стекле, пряже и коже - антенны из пряжи могут быть полезны для связанного текстиля, в то время как кожа может найти применение в ветеринарии или медицине. Они надеются сотрудничать с инвесторами или коммерческими партнерами, заинтересованными в разработке продуктов, которые могли бы извлечь выгоду из антенн.
Несмотря на то, что антенны могут быть использованы для носимых устройств или мониторов состояния здоровья, распыляемых непосредственно на кожу, Гогоци советует соблюдать осторожность, поскольку у MXene мало сведений об использовании на людях.
«Мы всегда немного озабочены новыми материалами», - говорит он. «Является ли это биосовместимым? Есть ли долгосрочные последствия? Я бы посоветовал подождать, прежде чем наносить его прямо на кожу ».
Команда также изучает, как оптимизировать материал с точки зрения проводимости и прочности, потенциально делая его еще тоньше и легче для распыления в более точных формах, а также заставляя его работать на разных частотах.
«Есть много возможностей для совершенствования», - говорит Гогоци. «Первый никогда не лучший».
