Las nuevas antenas tan delgadas que se pueden rociar en su lugar también son lo suficientemente robustas para proporcionar una señal fuerte en anchos de banda que serán utilizados por dispositivos móviles de quinta generación 5G. Resultados de rendimiento para las antenas, que están hechas de un nuevotipo de material bidimensional llamado MXene, fueron reportados recientemente por investigadores de la Universidad de Drexel y podrían tener ramificaciones para la tecnología de "Internet de las cosas" móvil, portátil y conectada.
Las antenas MXene, que han estado en desarrollo en Drexel durante poco más de dos años, ya están funcionando casi tan bien como las antenas de cobre que se encuentran en la mayoría de los dispositivos móviles en el mercado actual, pero con el beneficio de ser solo una fracción de suespesor y peso.
"Esta combinación de rendimiento de comunicaciones con extrema delgadez, flexibilidad y durabilidad establece un nuevo estándar para la tecnología de antenas", dijo Yury Gogotsi, PhD, Distinguished University y profesor de Bach de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Facultad de Ingeniería de Drexel, quien es el líderautor de un artículo sobre las antenas MXene publicado recientemente en la revista Materiales avanzados . "Si bien las antenas de cobre han sido las mejores en términos de rendimiento durante bastante tiempo, sus limitaciones físicas han impedido que la tecnología conectada y móvil dé los grandes avances que muchos han predicho. Debido a su conjunto único de características, las antenas MXene podríanjuegan un papel habilitador en el desarrollo de la tecnología IoT ".
Si bien las empresas de comunicaciones móviles están actualmente a punto de introducir la tecnología 5G, que podría capitalizar una parte menos utilizada del espectro de telecomunicaciones para permitir una transmisión de datos más rápida, es probable que se convierta en el rango de operación estándar para la nueva tecnología.
Más allá de alcanzar las capacidades de rendimiento, las antenas para dispositivos del futuro también deben poder funcionar bien en una variedad de entornos fuera de las placas de circuitos de teléfonos y computadoras. Según Gogotsi, esto hace que MXene sea un material atractivo para antenas nuevas porquese puede aplicar con spray, serigrafiar o imprimir con inyección de tinta sobre casi cualquier sustrato y permanece flexible sin sacrificar el rendimiento.
"Generalmente, las matrices de antenas de cobre se fabrican grabando placas de circuitos impresos, este es un proceso difícil de realizar en un sustrato flexible", dijo Meikang Han, PhD, investigador postdoctoral del Instituto de Nanomateriales AJ Drexel que contribuyó a la investigación. "Esto pone a MXene en una clara ventaja porque se dispersa en agua para producir una tinta, que puede rociarse o imprimirse en las paredes de los edificios o sustratos flexibles para crear antenas".
En el artículo, Gogotsi y sus colaboradores, incluidos el profesor Gary Friedman, PhD, y Kapil Dandekar, PhD, E. Warren Colehower, profesor titular del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad de Ingeniería de Drexel, informaron sobre el rendimiento de tres conjuntosde antenas MXene recubiertas con aerosol, que eran entre 7 y 14 veces más delgadas y entre 15 y 30 veces más livianas que una antena de cobre similar, incluso más delgadas que una capa de pintura. Probaron las antenas tanto en laboratorio como en entornos abiertos para obtener medidas clave de rendimientode la eficiencia con la que la antena convierte la energía en ondas dirigidas: ganancia, eficiencia de radiación y directividad. Y realizaron las pruebas en las tres frecuencias de radio comúnmente utilizadas para las telecomunicaciones, incluida una en la frecuencia objetivo de operación para dispositivos 5G.
En cada caso, las antenas MXene funcionaron dentro del 5% por ciento de las antenas de cobre, y el rendimiento aumentó con el grosor de la antena. La antena de parche MXene con mejor rendimiento, aproximadamente una séptima parte del grosor de las antenas de cobre estándar, fue 99% más eficientecomo antenas de cobre que operan a una frecuencia de 16,4 GHz en un entorno abierto. Los MXenes también fueron 98% más efectivos que sus homólogos de cobre que operan en el ancho de banda 5G.
Su rendimiento superó el de varios otros materiales nuevos que se están considerando para antenas, incluida la tinta plateada, los nanotubos de carbono y el grafeno. Y, de manera significativa, estos números de rendimiento no renunciaron cuando las antenas MXene se sometieron a hasta 5,000 ciclos de flexión.una marca de durabilidad que supera con creces los materiales de sus pares.
"La escalabilidad y la sostenibilidad medioambiental de MXene en la fabricación se han establecido bien, para que este material alcance ahora los objetivos de rendimiento al mismo ritmo que los mejores materiales del mercado actual es sin duda un avance significativo", dijo Gogotsi. "A medida que continuamos probando variospatrones y técnicas de recubrimiento y, al mismo tiempo, optimiza la composición de los materiales MXene, espero que su rendimiento continúe mejorando ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Drexel . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :