Ultratynde spraypåførte MXene-antenner er klar til 5G

Nye antenner, der er så tynde, at de kan sprøjtes på plads, er også robuste nok til at give et stærkt signal ved båndbredder, der vil blive brugt af femte generations (5G) mobile enheder. Ydelsesresultater for antennerne, som er lavet af en ny type todimensionalt materiale kaldet MXene, blev for nylig rapporteret af forskere ved Drexel University og kunne have rammificeringer for mobil, bærbar og forbundet "tingenes internet" teknologi.

MXene -antennerne, som har været under udvikling hos Drexel i godt to år, udfører allerede næsten lige så godt som kobberantennerne i de fleste mobile enheder på markedet i dag, men med den fordel, at de kun er en brøkdel af deres tykkelse og vægt.

"Denne kombination af kommunikationsydelse med ekstrem tyndhed, fleksibilitet og holdbarhed sætter en ny standard for antenneteknologi, "sagde Yury Gogotsi, Ph.d., Fremtrædende universitet og Bach -professor i materialevidenskab og teknik i Drexel's College of Engineering, der er hovedforfatter til et papir om MXene -antennerne, der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Avancerede materialer . "Selvom kobberantenner har været de bedste med hensyn til ydeevne i nogen tid, deres fysiske begrænsninger har forhindret tilsluttet og mobil teknologi i at gøre de store spring fremad, som mange har forudsagt. På grund af deres unikke sæt egenskaber kunne MXene -antenner spille en mulig rolle i udviklingen af ​​IoT -teknologi. "

Mens mobilkommunikationsselskaber i øjeblikket er ved at indføre 5G -teknologi, som kunne udnytte en mindre brugt del af telekommunikationsspektret for at muliggøre hurtigere datatransmission, det vil sandsynligvis blive standardområdet for drift af ny teknologi.

Ud over at nå ydeevneegenskaber, antenner til fremtidens enheder skal også være i stand til at frikende sig godt i en række forskellige miljøer uden for kredsløb til telefoner og computere. Ifølge Gogotsi, dette gør MXene til et tiltalende materiale til nye antenner, fordi det kan sprøjtes, skærmtrykt eller inkjet-printet på næsten ethvert underlag og forbliver fleksibel uden at gå på kompromis med ydeevnen.

"Generelt fremstilles kobberantennearays ved ætsning af printkort, dette er en vanskelig proces at udføre på et fleksibelt underlag, "sagde Meikang Han, Ph.d., en postdoktoral forsker ved A.J. Drexel Nanomaterials Institute, der bidrog til forskningen. "Dette sætter MXene en klar fordel, fordi det spredes i vand for at producere et blæk, som kan sprøjtes eller udskrives på bygningsvægge eller fleksible underlag for at skabe antenner. "

I avisen, Gogotsi og hans samarbejdspartnere, herunder professor Gary Friedman, Ph.d., og Kapil Dandekar, Ph.d., E. Warren Colehower Formand Professor i afdelingen for elektroteknik og computerteknik i Drexel's College of Engineering, rapporteret om ydelsen af ​​tre sæt sprøjtebelagte MXene-antenner, som var mellem 7-14 gange tyndere og 15-30 gange lettere end en lignende kobberantenne-endda tyndere end et lag maling. De testede antennerne i både lab og åbne miljøer for nøgleeffektmålinger af, hvor effektivt antennen konverterer strøm til dirigerede bølger - gain, strålingseffektivitet og -direktivitet. Og de testede ved de tre radiofrekvenser, der normalt bruges til telekommunikation, herunder en i målfrekvensen for drift for 5G -enheder.

I hvert tilfælde MXene -antennerne udført inden for 5% procent af kobberantenner, med ydelse stigende med antennens tykkelse. Den bedst effektive MXene patch antenne, omkring en syvendedel tykkelsen af ​​standard kobberantenner, var 99% så effektiv som en kobberantenner, der opererede med 16,4 GHz frekvens i et åbent miljø. MXenes var også 98% så effektive som deres kobbermodeller, der opererede i 5G -båndbredden.

Deres ydeevne oversteg den af ​​flere andre nye materialer, der overvejes til antenner, herunder sølvblæk, carbon nanorør og grafen. Og, væsentligt, disse ydelsesnumre gav ikke afkald, da MXene -antennerne blev udsat for så mange som 5, 000 bøjningscykler - et mærke af holdbarhed, der langt overgår dets peer -materialer.

"MXenes skalerbarhed og miljømæssige bæredygtighed i fremstillingen er blevet godt stabiliseret, for dette materiale nu at opnå præstationsmål i takt med de bedste materialer på markedet i dag er bestemt en betydelig udvikling, "Gogotsi sagde." Da vi fortsætter med at teste forskellige belægningsmønstre og teknikker, samtidig med at vi optimerer sammensætningen af ​​MXene -materialer, Jeg forventer, at deres præstationer fortsat forbedres. "