Vi tænker måske ikke meget på dem, men antenner er overalt. I vores telefoner, i vores biler, i tyverisikringskoder på det tøj, vi køber, og når Internettet af Ting bliver en stadig mere nutidig virkelighed, vises de på nye steder, som mikrobølger og lamper. Ingeniører har derfor ledt efter metoder til at gøre antenner mindre, lettere og lettere at anvende.
Nu har forskere ved Drexel University udviklet en metode til at skabe næsten usynlige antenner på næsten enhver overflade ved bogstaveligt talt at sprøjte dem på som maling. Antennerne er lavet af et specielt todimensionelt metallisk materiale kaldet MXene. MXene pulver kan opløses i vand for at skabe en maling, der derefter luftbørstes på. I test kunne endda et lag så tyndt som bare 62 nanometer - tusinder af gange tyndere end et ark papir - kommunikere effektivt. Ydeevnen maksimeres på kun 8 mikron, et punkt, hvor sprøjteantennerne fungerede lige så godt som dem, der i øjeblikket bruges i mobile enheder og trådløse routere.
Antennerne er så tynde, at de kan sprøjtes uden at tilføje vægt eller bulk, selv til små apparater som medicinske sensorer. Og de er også fleksible, hvilket betyder, at de kan gå på ikke-flade overflader, som gardiner. Forskerne siger, at antennerne kan skabe enorme forbedringer i trådløse enheder og Internet of Things, især når det kommer til bærbare ting - du kan endda sprøjte en antenne på dine sokker for at holde styr på dem.
”Dette tillader virkelig trådløs kommunikation med ethvert emne, ” siger Yury Gogotsi, en professor i materialevidenskab og teknik, der ledede forskningen. ”Dette kan gøre en reel forskel, fordi vi går hen imod en verden, hvor alt vil være forbundet.”
Forestil dig at være i stand til øjeblikkeligt at anvende en antenne på ethvert objekt, du ejer, og gøre det til en kommunikationsenhed. Du kan lægge en antenne på din hunds krave for at forhindre ham i at gå tabt. Sæt en i dit køleskab, så det kan kommunikere med dine telefoner. Sæt dem på dine tennisbolde for at overvåge hastigheden på dine serverer.
Forskningen blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Science Advances .
MXene, et todimensioneret titaniumkarbidmateriale, blev opdaget af Drexel-forskere i 2011 og patenteret i 2015. Det er meget stærkt og ledende, det er vist potentiale til at blive brugt i energilagringsenheder, som batterielektroder, der kunne oplade telefoner på få sekunder; forhindring af elektromagnetisk interferens mellem enheder; sensing af farlige kemikalier i luften med mere. I undersøgelsen presterede MXene-antennerne 50 gange bedre end dem, der er lavet af grafen, det nuværende "varme" nanomateriale.
I modsætning til andre nanomaterialer kræver MXene ingen bindemidler eller opvarmning for at klæbe nanopartiklerne sammen. Alt det behøver er at blandes med vand og sprøjtes med en luftbørste. De resulterende antenner kan endda arbejde på materialer, der bevæger sig og bøjes, såsom tekstiler, skønt det vil påvirke modtagelsen, meget på samme måde som at flytte antennen på et gammelt tv.
At sprøjte antenner er ”en interessant tilgang”, siger Josep Jornet, professor i elektroteknik ved universitetet i Buffalo, der arbejder på kommunikationsnetværk og Internettet af tingene.
Den fleste forskning på tynde fleksible antenner har involveret udskrivning, siger Jornet. Men sprøjtning har potentialet til at være hurtigere.
Men mens antenneydelsen, som det er vist på papiret, er "meget god, " siger Jornet, "er en antenne i sig selv intet andet end et stykke metal."
For at gøre antennerne maksimalt nyttige, forklarer han, ville de være parret med typer af fleksibel elektronik - tænk, der kan strækkes over telefoner eller sammenrulningstabletter, som ikke findes endnu. Dette er noget, mange forskere arbejder på, men har endnu ikke fundet sted.
Drexel-teamet testede de sprayede antenner på et groft materiale, cellulosepapir og et glat polyetylenterephthalatark. De planlægger nu at teste det på andre overflader, herunder glas, garn og hud - garnantenner kan skabe tilsluttede tekstiler, mens hud kan have applikationer til veterinærmedicin eller humanmedicin. De håber at samarbejde med investorer eller kommercielle partnere, der er interesseret i at udvikle produkter, der kan drage fordel af antennerne.
Mens antennerne har potentialet til at blive brugt til bærbar eller sundhedsmonitorer, der sprøjtes direkte på huden, anbefaler Gogotsi forsigtighed, da MXene har ringe fortegnelse over at blive brugt på mennesker.
”Vi er altid lidt optaget af nye materialer, ” siger han. ”Er det biokompatibelt? Er der langsigtede konsekvenser? Jeg vil foreslå, at vi skal vente, før vi lægger det direkte på huden. ”
Holdet ser også på, hvordan man optimerer materialet med hensyn til konduktivitet og styrke, potentielt gør det endnu tyndere og lettere at sprøjte i mere præcise former, såvel som at det fungerer på forskellige frekvenser.
”Der er masser af plads til forbedringer, ” siger Gogotsi. ”Den første er aldrig den bedste.”
