Spray-on antenner låser op for fremtidens kommunikation

Hør ordet "antenne", og du tænker måske på kaninører på toppen af ​​et gammelt tv eller ledningen, der opfanger radiosignaler til en bil. Men en antenne kan være meget mindre - endda usynlig. Uanset form eller størrelse, en antenne er afgørende for kommunikation, transmission og modtagelse af radiosignaler mellem enheder. Efterhånden som bærbar elektronik bliver mere og mere almindelig, antenner skal, også.

Bærbare skærme, fleksibelt smart tøj, industrielle sensorer og medicinske sensorer vil være meget mere effektive, hvis deres antenner er lette og fleksible - og muligvis endda gennemsigtige. Vi og vores samarbejdspartnere har udviklet en type materiale, der giver mange flere muligheder for at forbinde antenner til enheder-herunder spraymaling på vægge eller tøj.

Vores materialevidenskabelige laboratorium fokuserer på nanomaterialer, som er mere end 100, 000 gange tyndere end et menneskehår. I 2011, forskere ved Drexel University Materials Science and Engineering Department udviklede en måde at kombinere metaller med kulstof- eller nitrogenatomer for at skabe et materiale, der er få atomer tykt, meget stærk og god til at lede strøm. Vi kalder disse materialer MXenes (udtales "maksens"), og vi kan lave dem med forskellige metaller - herunder titanium, molybdæn, vanadium og niob.

Vores seneste arbejde har identificeret, at blanding af MXenes med vand lader os sprøjte antenner på enhver overflade, herunder en murstensvæg eller et glasvindue - og endda bruge en inkjet til at printe en antenne på papir. Dette skaber nye muligheder for mindre, lettere, mere fleksible antenner til at ledsage enheder, der også er lavet af mere varierede og alsidige materialer.

Antenner er ikke helt overalt - endnu

Smarte ure og elektroniske bilnøglefob kan virke avancerede, men forskere arbejder på mange flere muligheder, herunder hospitalskjoler, der kan fornemme patienters hjerte og vejrtrækning og sting, der overvåger helbredelse efter operationen. De får også brug for antenner - som er sterile, fleksibel, stærk og endda maskinvaskbar.

En anden type antenne er på vej ind i verden, også. Mange kredit- og betalingskort, samt amerikanske pas, indeholde det, der kaldes RFID -tags, små elektroniske chips, der bærer identificerende oplysninger og sender dem til sensorer, der validerer transaktioner eller attesterer identiteten af ​​dokumentets transportør.

RFID -tags bruges endnu mere almindeligt i industrien, sporing af komponenter i fremstillingsprocesser, individuelle kasser og containere i store forsendelser og endda kontrollere arbejdstagernes adgang til bestemte områder på et kontor eller en fabrik.

En lang række anvendelser

Siden Drexels opdagelse af MXenes i 2011, forskere rundt om i verden har testet, hvordan de arbejder i en række forskellige opgaver. Nogle tidlige succeser har inkluderet energilagringsenheder, elektromagnetisk interferensafskærmning, vandfiltrering, kemisk sansning, strukturel forstærkning, kræftbehandling og gasseparation.

Alle disse tilgange drager fordel af de fysiske og elektriske egenskaber ved MXenes:De er gennemsigtige for lys, elektronisk ledende, kemisk stabil og stærk.

Enkel sprøjtning

Vi har undersøgt, hvordan man bruger en anden fysisk egenskab, MXenes har:De elsker vand. Når vi blander plader af todimensionalt titaniumcarbid MXene med vand, vi får en stabil vandbaseret blæk. Vi kan sprøjte eller printe blækket på enhver overflade, og når vandet fordamper, det, der er tilbage, er lag af MXene - en MXene -antenne.

Når vi gør dette med et titaniumcarbid MXene, den resulterende antenne er meget god til at sende og dirigere radiobølger, selv når det påføres i et meget tyndt lag. Vores første test tyder på, at den kan fungere såvel som mere almindeligt anvendte antenner lavet af guld, sølv, kobber eller aluminium. Og fordi det er så meget tyndere, en MXene-antenne kan være effektiv i områder, der er for små til andre antennematerialer-endda så lille som en tusindedel af tykkelsen på et ark papir.

Sammenligner med andre antenner

Da vi lavede MXene-antenner lidt tykkere-mere som en tiendedel af tykkelsen på et stykke papir-kunne det stadig overgå antenner lavet af andre højteknologiske nanomaterialebaserede antenner, herunder carbon nanorør, grafen og nano-sølv blæk.

Ud over, MXene -antennerne var langt lettere at lave. Andre fremstillingsprocesser for nanomaterialer kræver blanding af de elektronisk kompatible ingredienser med andre materialer for at hjælpe dem med at holde sig til hinanden, og varme dem alle sammen for at styrke deres sammenkoblinger. Vores MXene -antenner er fremstillet i to trin:Bland MXenerne med vand, og spray det på med en airbrush.

Det betyder, at antenner kan sprøjtes med airbrush næsten overalt, af næsten enhver, til næsten ethvert formål. Denne nye materialetype åbner en lang række nye muligheder for elektroniske enheder, der kan være overalt og stadig kommunikere effektivt.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.