La promesa de los wearables, los tejidos funcionales, el Internet de las cosas y su cohorte tecnológica de "próxima generación" parece tentadoramente al alcance. Pero los investigadores en el campo le dirán que una de las principales razones de su "llegada" tardía es el problema deintegrando a la perfección la tecnología de conexión, es decir, antenas, con "cosas" flexibles y que cambian de forma.
Pero un gran avance de los investigadores de la Facultad de Ingeniería de Drexel, ahora podría hacer que la instalación de una antena sea tan fácil como aplicar un repelente de insectos.
en una investigación publicada recientemente en avances científicos , el grupo informa sobre un método para rociar antenas invisiblemente delgadas, hechas de un tipo de material metálico bidimensional llamado MXene, que funciona tan bien como las que se utilizan en dispositivos móviles, enrutadores inalámbricos y transductores portátiles.
"Este es un hallazgo muy emocionante porque hay mucho potencial para este tipo de tecnología", dijo Kapil Dandekar, PhD, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática en la Facultad de Ingeniería, quien dirige el Laboratorio de Sistemas Inalámbricos de Drexel.y fue coautor de la investigación. "La capacidad de rociar una antena sobre un sustrato flexible o hacerlo ópticamente transparente significa que podríamos tener muchos lugares nuevos para configurar redes: hay nuevas aplicaciones y nuevas formas derecopilar datos que ni siquiera podemos imaginar en este momento ".
Los investigadores, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Facultad, informan que el carburo de titanio MXene se puede disolver en agua para crear una tinta o pintura. La conductividad excepcional del material le permite transmitir y dirigir ondas de radio, incluso cuandose aplica en una capa muy fina.
"Descubrimos que incluso las antenas transparentes con espesores de decenas de nanómetros podían comunicarse de manera eficiente", dijo Asia Sarycheva, candidata a doctorado en el Instituto de Nanomateriales AJ Drexel y en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales. "Al aumentar el espesor hasta 8micrones, el rendimiento de la antena MXene alcanzó el 98 por ciento de su valor máximo previsto ".
Preservar la calidad de transmisión en una forma tan delgada es importante porque permitiría que las antenas se incrusten fácilmente, literalmente, se rocíen en una amplia variedad de objetos y superficies sin agregar peso o circuitos adicionales o requerir un cierto nivel de rigidez.
"Esta tecnología podría permitir la integración perfecta de antenas con objetos cotidianos, lo que será fundamental para el Internet de las cosas emergente", dijo Dandekar. "Los investigadores han trabajado mucho con materiales no tradicionales tratando de averiguar dónde se fabricanLa tecnología satisface las necesidades del sistema, pero esta tecnología podría facilitar mucho la respuesta a algunas de las preguntas difíciles en las que hemos estado trabajando durante años ".
Las pruebas iniciales de las antenas rociadas sugieren que pueden funcionar con el mismo rango de calidad que las antenas actuales, que están hechas de metales familiares, como oro, plata, cobre y aluminio, pero son mucho más gruesas que las antenas MXene. Haciendo antenas más pequeñasy más ligero ha sido durante mucho tiempo un objetivo de los científicos de materiales y los ingenieros eléctricos, por lo que este descubrimiento es un gran paso adelante tanto en términos de reducir su huella como de ampliar su aplicación.
"Los métodos actuales de fabricación de metales no pueden hacer que las antenas sean lo suficientemente delgadas y aplicables a cualquier superficie, a pesar de décadas de investigación y desarrollo para mejorar el rendimiento de las antenas metálicas", dijo Yury Gogotsi, PhD, Distinguished University and Bach Professor of Materials Sciencee Ingeniería en la Facultad de Ingeniería, y Director del Instituto de Nanomateriales AJ Drexel, quien inició y dirigió el proyecto. "Estábamos buscando nanomateriales bidimensionales, que tuvieran un espesor de hoja unas cien mil veces más delgado que un cabello humano; solo unpocos átomos de ancho y pueden autoensamblarse en películas conductoras al depositarse en cualquier superficie. Por lo tanto, seleccionamos MXene, que es un material de carburo de titanio bidimensional, que es más fuerte que los metales y es metálico conductor, como candidato para ultra-antenas delgadas. "
Los investigadores de Drexel descubrieron la familia de materiales MXene en 2011 y, desde entonces, han estado comprendiendo sus propiedades y considerando sus posibles aplicaciones. El material bidimensional en capas, que se fabrica mediante procesamiento químico húmedo, ya ha mostrado potencialen dispositivos de almacenamiento de energía, blindaje electromagnético, filtración de agua, detección química, refuerzo estructural y separación de gases.
Naturalmente, los materiales MXene se han comparado con materiales bidimensionales prometedores como el grafeno, que ganó el Premio Nobel en 2010 y ha sido explorado como material para antenas imprimibles. En el documento, los investigadores de Drexel compararon las antenas en aerosoluna variedad de antenas fabricadas con estos nuevos materiales, que incluyen grafeno, tinta plateada y nanotubos de carbono. Las antenas MXene eran 50 veces mejores que las de grafeno y 300 veces mejores que las de tinta plateada en términos de preservar la calidad de la transmisión de ondas de radio.
"La antena MXene no solo superó al mundo macro y micro de las antenas metálicas, fuimos más allá del rendimiento de las antenas de nanomateriales disponibles, manteniendo el grosor de la antena muy bajo", dijo Babak Anasori, PhD, profesor asistente de investigación en AJ DrexelNanomaterials Institute ". La antena más delgada era tan delgada como 62 nanómetros, unas mil veces más delgada que una oveja de papel, y era casi transparente. A diferencia de otros métodos de fabricación de nanomateriales, eso requiere aditivos, llamados aglutinantes, y pasos adicionales de calentamiento.para sinterizar las nanopartículas juntas, hicimos antenas en un solo paso rociando con aerógrafo nuestra tinta MXene a base de agua ".
El grupo probó inicialmente la aplicación en aerosol de la tinta de antena sobre un sustrato rugoso, papel de celulosa, y uno liso, láminas de tereftalato de polietileno, el siguiente paso de su trabajo será buscar las mejores formas deaplíquelo en una amplia variedad de superficies, desde vidrio hasta hilo y piel.
"La investigación adicional sobre el uso de materiales de la familia MXene en la comunicación inalámbrica puede permitir dispositivos electrónicos completamente transparentes y dispositivos portátiles muy mejorados que respaldarán los estilos de vida activos que estamos viviendo", dijo Anasori.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Drexel . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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