https://frosthead.com

Er spray-på-antenner fremtiden for wearables?

Vi tenker kanskje ikke så mye på dem, men antenner er overalt. I telefonene våre, i våre biler, i tyverisikringsklærne på klærne vi kjøper, og etter hvert som tingenes internett blir en stadig mer tilstedeværende virkelighet, vises de på nye steder, som mikrobølger og lamper. Ingeniører har derfor lett etter metoder for å gjøre antenner mindre, lettere og lettere å bruke.

Nå har forskere ved Drexel University utviklet en metode for å lage nesten usynlige antenner på nesten hvilken som helst overflate ved bokstavelig talt å spraye dem på som maling. Antennene er laget av et spesielt todimensjonalt metallisk materiale kalt MXene. MXene pulver kan løses opp i vann for å lage en maling som deretter luftbørstes på. I tester kan til og med et lag så tynt som bare 62 nanometer - tusenvis av ganger tynnere enn et papirark - kommunisere effektivt. Ytelsen var maksimalt på bare 8 mikron, et punkt der sprøyteantennene fungerte like bra som de som brukes i mobile enheter og trådløse rutere.

Antennene er så tynne at de kan sprayes på uten å legge vekt eller bulk, selv til små apparater som medisinske sensorer. Og de er fleksible også, noe som betyr at de kan gå på ikke-flate overflater, som gardiner. Forskerne sier at antennene kan gjøre store forbedringer i trådløse enheter og tingenes internett, spesielt når det gjelder bærbarhet - du kan til og med sprøye en antenne på sokkene for å holde rede på dem.

"Dette vil tillate virkelig trådløs kommunikasjon med alle ting, " sier Yury Gogotsi, professor i materialvitenskap og ingeniørfag som ledet forskningen. "Dette kan utgjøre en virkelig forskjell fordi vi går mot en verden der alt skal henge sammen."

Se for deg å kunne bruke en antenne øyeblikkelig på ethvert element du eier og gjøre det til et kommunikasjonsapparat. Du kan sette en antenne på hundens krage for å forhindre at han går seg vill. Sett en på kjøleskapet slik at det kan kommunisere med telefonene dine. Legg dem på tennisballene for å overvåke hastigheten på serveringen din.

Forskningen ble nylig publisert i tidsskriftet Science Advances .

MXene, et todimensjonalt titankarbidmateriale, ble oppdaget av Drexel-forskere i 2011 og patentert i 2015. Det er meget sterk og ledende, og det er potensial for bruk i energilagringsenheter, som batterielektroder som kan lade telefoner på få sekunder. forhindre elektromagnetisk forstyrrelse mellom enheter; føle farlige kjemikalier i luften, og mer. I studien presterte MXene-antennene 50 ganger bedre enn de som er laget av grafen, det nåværende "varme" nanomaterialet.

I motsetning til andre nanomaterialer, krever ikke MXene noen permer eller oppvarming for å feste nanopartiklene sammen. Alt det trenger er å blandes med vann og sprayes med en luftbørste. De resulterende antennene kan til og med jobbe med materialer som beveger seg og bøyes, for eksempel tekstiler, selv om det vil påvirke mottakelsen, omtrent på samme måte som å flytte antennen på en gammel TV.

Å spraye antenner er "en interessant tilnærming, " sier Josep Jornet, professor i elektroteknikk ved universitetet i Buffalo som jobber på kommunikasjonsnettverk og tingenes internett.

Mest forskning på tynne fleksible antenner har involvert utskrift, sier Jornet. Men sprøyting har potensial til å være raskere.

Men mens antenneytelsen som vist på papiret er "veldig bra, " sier Jornet, "er en antenne i seg selv ikke annet enn et metallstykke."

For å gjøre antennene maksimalt nyttige, forklarer han, ville de være sammenkoblet med typer fleksibel elektronikk - tenk tøybare telefoner eller opprullningstabletter - som ikke eksisterer ennå. Dette er noe mange forskere jobber med, men har ennå ikke kommet til utførelse.

Drexel-teamet testet sprøyteantennene på et grovt materiale, cellulosepapir og en glatt, polyetylentereftalatark. De planlegger nå å teste den på andre overflater, inkludert glass, garn og hud - garnantenner kan gjøre for tilkoblede tekstiler, mens hud kan ha applikasjoner for veterinærmedisin eller humanmedisin. De håper å samarbeide med investorer eller kommersielle partnere som er interessert i å utvikle produkter som kan dra nytte av antennene.

Mens antennene har potensiale til å brukes til bærbare eller helseskjermer som er sprayet direkte på huden, råder Gogotsi forsiktighet, ettersom MXene har liten oversikt over å bli brukt på mennesker.

"Vi er alltid litt opptatt av nye materialer, " sier han. “Er det biokompatibelt? Er det langsiktige konsekvenser? Jeg vil foreslå at vi bør vente før vi legger den direkte på huden. ”

Teamet ser også på hvordan man kan optimalisere materialet når det gjelder konduktivitet og styrke, potensielt gjøre det enda tynnere og lettere å spraye i mer presise former, samt gjøre det fungerer på forskjellige frekvenser.

"Det er god plass til forbedring, " sier Gogotsi. "Den første er aldri den beste."

Er spray-på-antenner fremtiden for wearables?