Nieuwe antennes die zo dun zijn dat ze op hun plaats kunnen worden gespoten, zijn ook robuust genoeg om een ​​sterk signaal te leveren bij bandbreedtes die zullen worden gebruikt door mobiele apparaten van de vijfde generatie (5G). Prestatieresultaten voor de antennes, die zijn gemaakt van een nieuw type tweedimensionaal materiaal genaamd MXene, werden onlangs gerapporteerd door onderzoekers van de Drexel University en kunnen gevolgen hebben voor mobiele, draagbare en verbonden "internet of things"-technologie.

De MXene-antennes, die iets meer dan twee jaar in ontwikkeling zijn bij Drexel, presteren al bijna net zo goed als de koperen antennes die tegenwoordig in de meeste mobiele apparaten op de markt worden gevonden, maar met het voordeel dat het slechts een fractie is van hun dikte en gewicht.

"Deze combinatie van communicatieprestaties met extreme dunheid, flexibiliteit en duurzaamheid zetten een nieuwe standaard voor antennetechnologie, " zei Joeri Gogotsi, doctoraat, Distinguished University en Bach hoogleraar Materials Science and Engineering in Drexel's College of Engineering, wie is de hoofdauteur van een paper over de MXene-antennes die onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd? Geavanceerde materialen . "Hoewel koperen antennes al geruime tijd de beste zijn qua prestaties, hun fysieke beperkingen hebben verhinderd dat verbonden en mobiele technologie de grote sprongen voorwaarts maakten die velen hadden voorspeld. Vanwege hun unieke reeks kenmerken kunnen MXene-antennes een ondersteunende rol spelen bij de ontwikkeling van IoT-technologie."

Terwijl mobiele communicatiebedrijven momenteel aan de vooravond staan ​​van de introductie van 5G-technologie, die zouden kunnen profiteren van een minder gebruikt deel van het telecommunicatiespectrum om snellere gegevensoverdracht mogelijk te maken, het zal waarschijnlijk het standaardbereik worden voor nieuwe technologie.

Naast het bereiken van prestatiemogelijkheden, antennes voor apparaten van de toekomst moeten ook buiten de printplaten van telefoons en computers goed kunnen presteren in verschillende omgevingen. Volgens Gogotsi, dit maakt MXene een aantrekkelijk materiaal voor nieuwe antennes omdat het kan worden gespoten, gezeefdrukt of inkjet-geprint op zowat elk substraat en blijft flexibel zonder in te boeten aan prestaties.

"Over het algemeen worden koperen antenne-arrays vervaardigd door printplaten te etsen, dit is een moeilijk proces om uit te voeren op een flexibele ondergrond, " zei Meikang Han, doctoraat, een postdoctoraal onderzoeker aan de A.J. Drexel Nanomaterials Institute die heeft bijgedragen aan het onderzoek. "Dit geeft MXene een duidelijk voordeel omdat het in water dispergeert om een ​​inkt te produceren, die kan worden gespoten of afgedrukt op muren van gebouwen of flexibele substraten om antennes te creëren."

In de krant, Gogotsi en zijn medewerkers, waaronder professor Gary Friedman, doctoraat, en Kapil Dandekar, doctoraat, E. Warren Colehower voorzitter Professor van de afdeling Electrical and Computer Engineering in Drexel's College of Engineering, rapporteerde over de prestaties van drie sets gesprayde MXene-antennes, die tussen de 7-14 keer dunner en 15-30 keer lichter waren dan een vergelijkbare koperen antenne - zelfs dunner dan een verflaag. Ze testten de antennes in zowel laboratorium- als open omgevingen voor belangrijke prestatiemetingen van hoe efficiënt de antenne stroom omzet in gerichte golven - winst, stralingsefficiëntie en gerichtheid. En ze deden de tests op de drie radiofrequenties die gewoonlijk worden gebruikt voor telecommunicatie, inclusief één in de doelfrequentie van gebruik voor 5G-apparaten.

In elk geval, de MXene-antennes presteerden binnen 5% procent van koperen antennes, met prestaties die toenemen met de dikte van de antenne. De best presterende MXene-patchantenne, ongeveer een zevende van de dikte van standaard koperen antennes, was 99% zo efficiënt als een koperen antenne die werkt op een frequentie van 16,4 GHz in een open omgeving. MXenes waren ook 98% zo effectief als hun koperen tegenhangers die in de 5G-bandbreedte werkten.

Hun prestaties overtroffen die van verschillende andere nieuwe materialen die worden overwogen voor antennes, inclusief zilverinkt, koolstof nanobuisjes en grafeen. En, aanzienlijk, deze prestatienummers werden niet opgeheven toen de MXene-antennes werden onderworpen aan maar liefst 5, 000 buigcycli - een teken van duurzaamheid dat zijn vergelijkbare materialen ver overtreft.

"De schaalbaarheid en ecologische duurzaamheid van MXene in de productie is goed vastgesteld, dat dit materiaal nu prestatiedoelen bereikt in overeenstemming met de beste materialen die momenteel op de markt zijn, is zeker een belangrijke ontwikkeling, "Zei Gogotsi. "Terwijl we doorgaan met het testen van verschillende coatingpatronen en -technieken en tegelijkertijd de samenstelling van MXene-materialen optimaliseren, Ik verwacht dat hun prestaties zullen blijven verbeteren."