Diese Woche ein neues Papier veröffentlicht In der Zeitschrift Nature eines internationalen Teams unter der Leitung von Forschern des MIT wird ein neues Gerät vorgestellt, das konvertiert werden kann. WLAN Signale in Elektrizität, Öffnen der Tür für die drahtlose Stromversorgung von Elektronik und das drahtlose Laden von Batterien.
Neues Gerät ist unglaublich dünn und flexibel
Das Gerät, das früher als Rectenna bezeichnet wurde - ein Gerät, das elektromagnetische Wechselstromwellen in Gleichstrom umwandeln kann - liest die Arten elektromagnetischer Wellen ein, die WiFi-Signale als Wechselstromwellenformen übertragen.
Dazu wird eine flexible Hochfrequenzantenne RF verwendet, die an einer neuen Art von Halbleitern mit einer Dicke von wenigen Atomen angebracht ist. Der Halbleiter empfängt den Wechselstromeingang und gibt die Spannung in Gleichstrom aus, mit der Elektronik betrieben oder Batterien aufgeladen werden können.
Die Idee, drahtlose Übertragung zur Stromversorgung von Geräten zu verwenden, ist alt und reicht bis zurück. Nikola Tesla , aber moderne Versuche, effektive Gleichrichter zu bauen, sind in Schwierigkeiten geraten. Die kritische Komponente der Gleichrichter, bekannt als Gleichrichter, stützte sich zuvor auf Materialien, die sehr starr waren, wie Silizium, und nicht effektiv skalierbar waren. Flexiblere Optionen enthielten Gleichrichterdas war zu schwach, um die höherfrequenten elektromagnetischen Übertragungen aufzunehmen, die sie funktionsfähig machen würden.
Die Forscher hinter der Studie sind der Meinung, dass sie für beide Probleme die richtige Lösung gefunden haben.
Entwerfen des neuen Gleichrichters
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, verwendeten die Forscher ein Material namens Molybdändisulfid MoS. 2 .Bei Exposition gegenüber bestimmten chemischen Stoffen MoS 2 Rekonfigurieren Sie die Atome so, dass sie als Schalter fungieren, indem Sie einen Phasenübergang zwischen einem Halbleiter und einer metallischen Substanz erzwingen. Dadurch entsteht eine sogenannte Schottky-Diode, ein Übergang zwischen einem Halbleiter und einer metallischen Substanz.
„Durch Engineering von MoS 2 in einen 2-D-Halbleiter-Metall-Phasenübergang ” sagte Hauptautor und Postdoc Xu Zhang vom MIT für Elektrotechnik und Informatik: „Wir haben eine atomar dünne, ultraschnelle Schottky-Diode gebaut, die gleichzeitig den Serienwiderstand und die parasitäre Kapazität minimiert.“
Parasitäre Kapazität ist die natürliche Speicherung von Teilen der durchlaufenden elektrischen Ladung in bestimmten Materialien, aus denen der Gleichrichter besteht. Dies hat zur Folge, dass der Stromkreis verlangsamt und sein Wirkungsgrad verringert wird.
Es ist diese um Größenordnungen verbesserte Effizienz der Schottky-Diode des Forschers, die ihr Gerät so leistungsstark macht, da es aufgrund seiner viel geringeren parasitären Kapazität gegenüber den aktuellen flexiblen Gleichrichtern der Spitzenklasse Signale mit viel höherer Frequenz erfassen kannUmwandlung von bis zu 10 GHz drahtloser Signale in Elektrizität.
"Ein solches Design" entsprechend Zhang zufolge „hat ein vollständig flexibles Gerät zugelassen, das schnell genug ist, um die meisten Hochfrequenzbänder abzudecken, die von unserer täglichen Elektronik verwendet werden, einschließlich Wi-Fi, Bluetooth, Mobilfunk-LTE und vielen anderen.“
Wi-Fi in der realen Welt in Strom verwandeln
Die realen Anwendungen für ein flexibles Gerät wie dieses sind umwerfend. Neben flexibler, tragbarer Elektronik, die keine unabhängigen Stromquellen wie Batterien benötigt, können einnehmbare medizinische Sensoren beim Durchlaufen des Patientensystems erheblich von dieser Technologie profitieren, Daten übertragen, wie es geht.
„Idealerweise möchten Sie keine Batterien zur Stromversorgung dieser Systeme verwenden, da der Patient sterben könnte, wenn Lithium austritt.“ entsprechend an Jesús Grajal, Mitautor der Studie und Forscher an der Technischen Universität Madrid: „Es ist viel besser, Energie aus der Umwelt zu gewinnen, um diese kleinen Labore im Körper mit Strom zu versorgen und Daten an externe Computer zu übertragen.“
Tomás Palacios, Mitautor der Studie und Professor am Institut für Elektrotechnik und Informatik und Direktor des MIT / MTL-Zentrums für Graphenvorrichtungen und 2D-Systeme in den Microsystems Technology Laboratories der Schule hat ein noch größerer Plan für diese Technologie.
„Was wäre, wenn wir elektronische Systeme entwickeln könnten, die wir um eine Brücke wickeln oder eine ganze Autobahn oder die Wände unseres Büros abdecken und alles um uns herum mit elektronischer Intelligenz versorgen? Wie stellen Sie Energie für diese Elektronik bereit?
„Wir haben einen neuen Weg gefunden, um die Elektroniksysteme der Zukunft mit Strom zu versorgen - indem wir Wi-Fi-Energie auf eine Weise gewinnen, die sich in großen Bereichen leicht integrieren lässt -, um jedem Objekt um uns herum Intelligenz zu verleihen.“