Možná o nich moc nepřemýšlíme, ale antény jsou všude. V našich telefonech, v našich autech, v štítcích proti krádeži na oblečení, které kupujeme, a jak se internet věcí stává stále více přítomnou realitou, objevují se na nových místech, jako jsou mikrovlnné trouby a lampy. Inženýři proto hledali způsoby, jak vyrábět antény menší, lehčí a snáze použitelné.
Nyní vědci z Drexel University vyvinuli metodu pro vytváření téměř neviditelných antén na téměř jakémkoli povrchu jejich doslova postřikem jako barva. Antény jsou vyrobeny ze speciálního dvourozměrného kovového materiálu zvaného MXene. Prášek MXene může být rozpuštěn ve vodě a vytvořit nátěr, který se poté na něj nanáší vzduchem. Při testech mohla i komunikace o tloušťce pouhých 62 nanometrů - tisícekrát tenčí než list papíru - efektivně komunikovat. Výkon byl maximalizován na pouhých 8 mikrometrů, což je bod, ve kterém antény nastříkané fungovaly stejně dobře jako antény, které se aktuálně používají v mobilních zařízeních a bezdrátových směrovačích.
Antény jsou tak tenké, že je lze na ně nastříkat, aniž by zvyšovaly hmotnost nebo objem, dokonce i na malá zařízení, jako jsou lékařské senzory. A jsou také flexibilní, což znamená, že mohou jít na rovné povrchy, jako jsou závěsy. Vědci tvrdí, že antény by mohly přinést obrovská vylepšení v bezdrátových zařízeních a internetu věcí, zejména pokud jde o nošení - můžete dokonce na vaše ponožky nastrčit anténu, abyste je mohli sledovat.
"To umožní skutečně bezdrátovou komunikaci s jakoukoli položkou, " říká Yury Gogotsi, profesor materiálových věd a inženýrství, který vedl výzkum. "To by mohlo být skutečným rozdílem, protože jdeme do světa, kde bude vše spojeno."
Představte si, že budete moci okamžitě použít anténu na jakoukoli položku, kterou vlastníte, a učinit z ní komunikační zařízení. Dalo by se dát anténu na límec vašeho psa, aby se zabránilo ztracení. Jeden položte na lednici, aby mohl komunikovat s vašimi telefony. Umístěte je na tenisový míček a sledujte rychlost vaší porce.
Výzkum byl nedávno zveřejněn v časopise Science Advances .
MXene, dvourozměrný materiál z karbidu titanu, byl objeven vědci společnosti Drexel v roce 2011 a patentován v roce 2015. Je velmi silný a vodivý, ukazuje se, že je možné jej použít v zařízeních na ukládání energie, jako jsou bateriové elektrody, které mohou nabíjet telefony během několika sekund; zabránění elektromagnetickému rušení mezi zařízeními; snímání nebezpečných chemikálií ve vzduchu a další. Ve studii fungovaly antény MXene 50krát lépe než antény vyrobené z grafenu, současného „horkého“ nanomateriálu.
Na rozdíl od jiných nanomateriálů nevyžaduje MXene žádná pojiva nebo zahřívání, aby nanočástice přilnaly k sobě. Vše, co potřebuje, je smíchat s vodou a postříkat vzduchovým kartáčem. Výsledné antény mohou dokonce pracovat na materiálech, které se pohybují a ohýbají, jako jsou textilie, i když to bude mít vliv na příjem, stejně jako pohyb antény na starém televizoru.
Postřikovací antény je „zajímavý přístup, “ říká Josep Jornet, profesor elektrotechniky na univerzitě v Buffalu, který pracuje na komunikačních sítích a internetu věcí.
Většina výzkumů na tenkých flexibilních anténách zahrnuje tisk, říká Jornet. Ale postřik má potenciál být rychlejší.
Ale zatímco výkon antény, jak je uveden v článku, je „velmi dobrý“, říká Jornet, „anténa sama o sobě není nic jiného než kus kovu“.
Aby byly antény maximálně užitečné, vysvětluje, že by byly spárovány s typy flexibilní elektroniky - myslím roztažitelné telefony nebo rolovací tablety - které dosud neexistují. To je něco, na čem mnozí vědci pracují, ale teprve musí dojít.
Tým Drexel testoval nástřikové antény na hrubý materiál, celulózový papír a hladký polyetylen tereftalátový list. Nyní to plánují vyzkoušet na jiných površích, včetně skla, příze a kůže - antény příze by mohly vytvořit propojené textilie, zatímco kůže by mohla mít aplikace pro veterinární nebo humánní medicínu. Doufají, že budou spolupracovat s investory nebo obchodními partnery, kteří se zajímají o vývoj produktů, které by mohly těžit z antén.
Zatímco antény mají potenciál být použity pro nositelné nosiče nebo zdravotnické monitory postřikované přímo na kůži, Gogotsi doporučuje opatrnost, protože MXene má jen málo záznamů o použití na člověka.
"Vždy se trochu zabýváme novými materiály, " říká. "Je to biokompatibilní?" Existují dlouhodobé důsledky? Navrhoval bych, abychom počkali, než to položíme přímo na kůži.
Tým také zkoumá, jak optimalizovat materiál z hlediska vodivosti a síly, případně ho ještě ztenčit a snadněji stříkat v přesnějších tvarech, a také to, aby fungoval při různých frekvencích.
"Existuje spousta prostoru pro zlepšení, " říká Gogotsi. "První z nich není nikdy nejlepší."
