Kita mungkin tidak berfikir tentang mereka banyak, tetapi antena di mana-mana. Di dalam telefon kami, di dalam kereta kami, dalam tag anti-kecurian pada pakaian yang kami beli, dan sebagai Internet Perkara menjadi realiti yang selalu ada sekarang, mereka muncul di tempat-tempat baru, seperti gelombang mikro dan lampu. Oleh itu jurutera telah mencari kaedah membuat antena lebih kecil, lebih ringan dan lebih mudah untuk digunakan.
Sekarang, penyelidik di Universiti Drexel telah membangunkan satu kaedah untuk menghasilkan antena yang hampir tidak kelihatan di hampir mana-mana permukaan dengan secara literal menyemburkannya seperti cat. Antena diperbuat daripada bahan metalik khas dua dimensi yang dipanggil MXene. Serbuk MXena boleh dibubarkan di dalam air untuk mencipta cat yang kemudiannya dibuang air. Dalam ujian, walaupun lapisan yang nipis hanya 62 nanometer - beribu kali lebih kurus dari sekeping kertas - boleh berkomunikasi dengan berkesan. Prestasi maksimal hanya pada 8 mikron, satu titik di mana antena penyemburan berfungsi sama seperti yang digunakan pada peranti mudah alih dan penghala tanpa wayar.
Antena sangat tipis yang boleh disembur tanpa menambah berat badan atau pukal, bahkan kepada peranti kecil seperti sensor perubatan. Dan mereka juga fleksibel, bermakna mereka boleh pergi ke permukaan tidak rata, seperti langsir. Para penyelidik mengatakan bahawa antena boleh membuat penambahbaikan besar dalam peranti wayarles dan Internet Perkara, terutamanya apabila ia berkaitan dengan wearable-anda juga boleh menyemburkan antena pada kaus kaki anda untuk mengesannya.
"Ini akan membolehkan komunikasi tanpa wayar dengan apa-apa perkara, " kata Yury Gogotsi, seorang profesor sains dan kejuruteraan bahan yang mengetuai penyelidikan. "Ini boleh membuat perbezaan yang nyata kerana kita akan menuju ke dunia di mana semuanya akan dihubungkan."
Bayangkan dapat dengan serta-merta memohon antena kepada mana-mana item yang anda miliki dan menjadikannya peranti komunikasi. Anda boleh meletakkan antena pada kolar anjing anda agar tidak hilang. Letakkan satu di peti sejuk supaya dapat berkomunikasi dengan telefon anda. Letakkan bola tenis anda untuk memantau kelajuan servis anda.
Penyelidikan ini telah diterbitkan baru-baru ini dalam jurnal Science Advances .
MXene, bahan dua karat titanium karbida, ditemui oleh penyelidik Drexel pada tahun 2011 dan dipatenkan pada tahun 2015. Ultra-kuat dan konduktif, ia menunjukkan potensi untuk digunakan dalam peranti penyimpanan tenaga, seperti elektrod bateri yang boleh mengenakan bayaran dalam beberapa saat; mencegah gangguan elektromagnet antara peranti; mengesan bahan kimia berbahaya di udara, dan banyak lagi. Dalam kajian itu, antena MXene dilakukan 50 kali lebih baik daripada yang diperbuat daripada graphene, nanomaterial "panas" semasa.
Tidak seperti nanomaterial lain, MXene tidak memerlukan sebarang pengikat atau pemanasan untuk mematuhi nanopartikel bersama-sama. Apa yang perlu adalah dicampur dengan air dan disemburkan dengan berus udara. Antena yang dihasilkan juga boleh berfungsi pada bahan-bahan yang bergerak dan melenturkan, seperti tekstil, walaupun ia akan menjejaskan penerimaan, sama seperti memindahkan antena pada TV lama.
Penyemprotan antena adalah "pendekatan yang menarik, " kata Josep Jornet, seorang profesor kejuruteraan elektrik di Universiti Buffalo yang bekerja di rangkaian komunikasi dan Internet Perkara.
Kebanyakan penyelidikan mengenai antena fleksibel nipis telah melibatkan percetakan, kata Jornet. Tetapi penyemburan mempunyai potensi untuk menjadi lebih cepat.
Tetapi sementara prestasi antena seperti yang ditunjukkan di dalam kertas itu "sangat baik, " kata Jornet, "antena dengan sendirinya hanyalah sekeping logam."
Untuk membuat antena berguna maksimal, dia menjelaskan, mereka akan dipasangkan dengan jenis elektronik yang fleksibel - berfikir telefon mudah alih atau tablet roll-up - yang belum wujud. Ini adalah sesuatu yang banyak penyelidik sedang berusaha, tetapi masih belum menghasilkan.
Pasukan Drexel telah menguji antena penyemburan pada bahan kasar, kertas selulosa, dan satu halus, lembaran polietilena terephthalate. Mereka kini merancang untuk mengujinya di permukaan lain, termasuk kaca, benang dan antena kulit-benang yang boleh membuat tekstil yang bersambung, sementara kulit boleh memohon perubatan veterinar atau manusia. Mereka berharap dapat bergaul dengan pelabur atau rakan kongsi komersial yang berminat untuk membangunkan produk yang boleh mendapat manfaat daripada antena.
Walaupun antena mempunyai potensi untuk digunakan untuk wearable atau monitor kesihatan yang disembur secara langsung pada kulit, Gogotsi menasihati, kerana MXene mempunyai sedikit rekod yang digunakan pada manusia.
"Kami sentiasa sedikit bimbang dengan bahan-bahan baru, " katanya. "Adakah ia bersesuaian? Adakah terdapat kesan jangka panjang? Saya akan mencadangkan kita perlu menunggu sebelum meletakkannya secara langsung pada kulit. "
Pasukan ini juga melihat bagaimana mengoptimumkan bahan dari segi kekonduksian dan kekuatan, yang berpotensi membuatnya lebih nipis dan mudah menyembur dalam bentuk yang lebih tepat, serta menjadikan ia berfungsi pada frekuensi yang berbeza.
"Terdapat banyak ruang untuk penambahbaikan, " kata Gogotsi. "Yang pertama bukan yang terbaik."
