Двухмерный гибкий материал возможно использовать в электронике, портативных устройствах, медицинской технике и где угодно еще. Представьте себе мир, в котором электронная техника работает без проводов и батареек, - Массачусетский технологический институт уверенно движется в этом направлении. Компания создала тонкое и эластичное устройство, которое конвертирует энергию сигнала Wi-Fi в электричество для подзарядки гаджетов.
Девайсы, которые превращают переменные электромагнитные волны в энергию постоянного тока, называются антеннами-выпрямителями, или ректеннами. Изобретение MIT – это новый тип ректенны на основе гибкой радиочастотной антенны, которая улавливает электромагнитные колебания, в том числе и от Wi-Fi.
Волны поступают на плоский полупроводник толщиной всего в несколько атомов, где происходит преобразование сигнала в электроэнергию, которой вполне хватит для зарядки пользовательской батареи смартфона или ноутбука. Новый двухмерный материал тонкий и гибкий, и его можно выпускать рулонами для снижения себестоимости.
«Вы можете покрыть этим материалом целый мост или дорогу, чтобы улавливать сигналы повсеместно и снабжать питанием любые электронные устройства», - говорит соавтор эксперимента Томас Палациос.
Плоская ректенна обеспечит беспроводным питанием любые портативные гаджеты, медицинское оборудование и сенсоры на бытовой технике в рамках развития концепции умного дома. Уже сейчас она производит до 40 микроватт электроэнергии из типичного уровня сигнала Wi-Fi (около 150 микроватт); этого вполне достаточно, например, для подсветки светодиода в гаджетах.
Обычно выпрямителем в ректеннах служит кремний или арсенид галлия, но это жесткие материалы, и ученые MIT использовали дисульфид молибдена, который признан одним из тончайших полупроводников на планете, - его толщина всего три атома, поэтому его называют 2D-материалом.
Потенциал применения технологической инновации в медицине также высок, поскольку плоская ректенна даст возможность убрать из оборудования вредный для пациентов литий. Ее можно ставить в имплантируемую аппаратуру или в «диагностическую капсулу», которую пациент проглатывает для обследования, а пилюля передает на компьютер врача данные о состоянии здоровья человека.
«Такая конструкция позволила создать полностью гибкое устройство, достаточно быстрое для охвата большинства радиочастотных диапазонов, используемых нашей повседневной электроникой, включая Wi-Fi, Bluetooth, сотовую связь LTE и многие другие», - говорит Чжан.
По словам ученых, максимальная выходная эффективность для нового генератора может составлять до 40 процентов и зависит от входной мощности сигнала Wi-Fi. При обычном уровне мощности Wi-Fi коэффициент полезного действия девайса составляет около 30 процентов. Для справки: современные ректены, изготовленные из жесткого, более дорогого арсенида кремния или галлия, достигают производительности от 50 до 60 процентов.
В настоящее время команда ученых MIT планирует построить более сложную систему и повысить ее эффективность. Работа стала возможной, в частности, благодаря сотрудничеству с Техническим университетом Мадрида в рамках Международной научно-технической инициативы MIT (MISTI). Также поддержку оказали Центр интегрированных квантовых материалов Национального научного фонда и Управление научных исследований ВВС.
Оценил 1 человек
1 кармы