喷涂天线解锁了未来的通信

2019-05-22 05:09:07 沃嫒 26
2018年9月30日下午12:09发布
更新时间:2018年9月30日下午12:09

听到“天线”这个词,你可能会想到旧电视机顶部的兔耳或者为汽车拾取无线电信号的电线。 但天线可以小得多 - 甚至看不见。 无论其形状或大小如何,天线对于在设备之间进行通信,发送和接收无线电信号至关重要。 随着便携式电子设备的日益普及,天线也必须如此。

将天线喷涂到平坦的表面上。德雷克塞尔大学纳米材料实验室,CC BY-ND

将天线喷涂到平坦的表面上。 德雷克塞尔大学纳米材料实验室,CC BY-ND

如果他们的天线重量轻且灵活 - 甚至可能是透明的,可穿戴式监视器,灵活的智能服装,工业传感器和医疗传感器将更加有效。 我们和我们的合作者开发了一种材料,为天线与设备的连接提供了更多选择 - 包括 。

我们的专注于纳米材料,其比人类头发 。 2011年,德雷塞尔大学材料科学与工程系的研究人员开发出一种将金属与碳或氮原子结合在一起的方法,以制造出几个原子厚度,非常强大且导电性好的材料。 我们将 (发音为“maksens”),我们可以用不同的金属制造它们 - 包括钛,钼,钒和铌。

研究员亚洲Sarycheva拥有MXene天线。德雷塞尔大学纳米材料集团,CC BY-ND

研究员亚洲Sarycheva拥有MXene天线。 德雷塞尔大学纳米材料集团,CC BY-ND

工作已经确定3这为更小,更轻,更灵活的天线创造了新的机会,以配合由 。

天线并不是到处都是 - 但是

智能手表和电子汽车钥匙扣可能看起来很先进,但研究人员正在研究更多选择,包括可以感知患者心脏和呼吸频率的医院礼服,以及 。 他们也需要天线 - 无菌, ,坚固,甚至可机洗。

另一种类型的天线也正在进入世界。 许多以及都包含所谓的RFID标签,即携带识别信息的微型电子芯片,并将其传输到验证交易或证明文件载体身份的传感器。

RFID标签甚至在工业中更常用, 大型货物中的单个盒子和容器,甚至办公室或工厂的特定区域。

用途广泛

自Drexel 2011年 ,世界各地的研究人员一直在测试他们如何在各种任务中工作。 一些早期的成功包括 , , , , , 和 。

这就是MXenes如何屏蔽电磁辐射:

所有这些方法都利用了MXenes的物理和电学特性:它们对光线透明,具有电子传导性,化学稳定性和强度。

简单喷涂

我们一直在探索如何使用MXenes的另一个物理属性:他们喜欢水。 当我们将二维碳化钛MXene片材与水混合时,我们得到稳定的水性墨水。 我们可以在任何表面上喷涂或打印墨水,当水蒸发时,留下的是MXene层 - 一个MXene天线。

当我们使用碳化钛MXene时,所产生的天线非常擅长传输和引导无线电波,即使它应用于非常薄的层。 我们的初步测试表明,它可以与更常用的金,银,铜或铝制天线一样好。 而且由于它更薄,MXene天线可以在对于其他天线材料来说太小的空间中有效 - 甚至小到一张纸的厚度的千分之一。

这是一个视频,显示喷涂在表面上的MXene天线:

与其他天线相比

当我们将MXene天线稍微厚一点 - 更像是一张纸的厚度的十分之一 - 它仍然可以胜过由其他高科技纳米材料天线制成的天线,包括碳纳米管 , 和纳米银墨水

此外,MXene天线更容易制作。 其他纳米材料制造工艺需要将具有电子功能的成分与其他材料混合,以帮助它们彼此粘合,并将它们加热到一起以加强它们的相互连接。 我们的MXene天线分两步制成:将MXenes与水混合,然后用喷枪喷洒。

这意味着几乎任何人都可以在几乎任何地方对几乎任何地方喷涂天线。 这种新型材料为电子设备开辟了广泛的新可能性,可以在任何地方进行,并且仍可以有效地进行通信。 - Rappler.com | 对话

这篇文章最初出现在 。

德雷塞尔大学材料科学与工程系教授

博士。 德雷塞尔大学材料科学与工程系学生

德雷塞尔大学材料科学与工程研究助理教授

披露声明:

Yury Gogotsi隶属于材料研究学会(董事会)和吉林大学(杰出外国教授)

亚洲Sarycheva和Babak Anasori不从任何可能受益于本文的公司或组织工作,咨询,拥有股份或获得资金,并且在其学术任命之外没有披露任何相关的从属关系。