Als je het woord 'antenne' hoort, denk je misschien aan konijnenoren op de bovenkant van een oude tv of de draad die radiosignalen voor een auto opvangt. Maar een antenne kan veel kleiner zijn - zelfs onzichtbaar. Ongeacht de vorm of grootte, een antenne is cruciaal voor communicatie, verzenden en ontvangen van radiosignalen tussen apparaten. Naarmate draagbare elektronica steeds gebruikelijker wordt, antennes moeten, te.

Draagbare monitoren, flexibele slimme kleren, industriële sensoren en medische sensoren zullen veel effectiever zijn als hun antennes lichtgewicht en flexibel zijn - en mogelijk zelfs transparant. Samen met onze medewerkers hebben wij een materiaal ontwikkeld dat veel meer mogelijkheden biedt om antennes op apparaten aan te sluiten, bijvoorbeeld door ze op muren of kleding te spuiten.

Ons materiaalwetenschappelijk laboratorium richt zich op nanomaterialen, die meer dan 100 zijn, 000 keer dunner dan een mensenhaar. In 2011, onderzoekers van de Drexel University Materials Science and Engineering Department hebben een manier ontwikkeld om metalen te combineren met koolstof- of stikstofatomen om een ​​materiaal te creëren dat een paar atomen dik is, zeer sterk en goed in het geleiden van elektriciteit. We noemen deze materialen MXenes (uitgesproken als "maksens"), en we kunnen ze maken met verschillende metalen – waaronder titanium, molybdeen, vanadium en niobium.

Ons meest recente werk heeft aangetoond dat het mengen van MXenen met water ons in staat stelt antennes op elk oppervlak te spuiten, inclusief een bakstenen muur of een glazen raam – en zelfs een inkjet gebruiken om een ​​antenne op papier te printen. Dit schept nieuwe kansen voor kleinere, aansteker, flexibelere antennes om apparaten te begeleiden die ook worden gemaakt van meer gevarieerde en veelzijdige materialen.

Antennes zijn nog niet overal – nog niet

Slimme horloges en elektronische autosleutelhangers lijken misschien geavanceerd, maar onderzoekers werken aan veel meer opties, inclusief ziekenhuisjassen die het hart en de ademhaling van de patiënt kunnen voelen, en hechtingen die de genezing na de operatie volgen. Ze hebben ook antennes nodig – die steriel zijn, flexibel, sterk en zelfs machinewasbaar.

Een ander type antenne komt de wereld in, te. Veel creditcards en betaalpassen, evenals Amerikaanse paspoorten, bevatten zogenaamde RFID-tags, kleine elektronische chips die identificerende informatie bevatten en deze doorgeven aan sensoren die transacties valideren of de identiteit van de drager van het document certificeren.

RFID-tags worden nog vaker gebruikt in de industrie, het volgen van componenten in productieprocessen, individuele dozen en containers in grote zendingen en zelfs het controleren van de toegang van werknemers tot specifieke delen van een kantoor of fabriek.

Een breed scala aan toepassingen

Sinds de ontdekking van MXenes door Drexel in 2011, onderzoekers over de hele wereld hebben uitgeprobeerd hoe ze werken in verschillende taken. Enkele vroege successen waren onder meer energieopslagapparaten, elektromagnetische interferentieafscherming, water filtratie, chemische detectie, structurele versterking, kankerbehandeling en gasscheiding.

Al deze benaderingen profiteren van de fysieke en elektrische eigenschappen van MXenes:ze zijn transparant voor licht, elektronisch geleidend, chemisch stabiel en sterk.

Eenvoudig spuiten

We hebben onderzocht hoe we een ander fysiek kenmerk kunnen gebruiken dat MXenes hebben:ze houden van water. Wanneer we platen van tweedimensionaal titaniumcarbide MXene mengen met water, we krijgen een stabiele inkt op waterbasis. We kunnen die inkt op elk oppervlak spuiten of bedrukken, en als het water verdampt, wat achterblijft zijn lagen MXene - een MXene-antenne.

Als we dit doen met een titaniumcarbide MXene, de resulterende antenne is zeer goed in het verzenden en richten van radiogolven, zelfs als het in een zeer dunne laag wordt aangebracht. Onze eerste tests suggereren dat het net zo goed presteert als meer algemeen gebruikte antennes gemaakt van goud, zilver, koper of aluminium. En omdat het zo veel dunner is, een MXene-antenne kan effectief zijn in ruimtes die te klein zijn voor andere antennematerialen - zelfs zo klein als een duizendste van de dikte van een vel papier.

In vergelijking met andere antennes

Toen we MXene-antennes iets dikker maakten - meer als een tiende van de dikte van een stuk papier - kon het nog steeds beter presteren dan antennes gemaakt van andere hightech op nanomateriaal gebaseerde antennes, inclusief koolstof nanobuisjes, grafeen en nanozilverinkt.

In aanvulling, de MXene-antennes waren veel gemakkelijker te maken. Andere fabricageprocessen van nanomaterialen vereisen het mengen van de elektronisch geschikte ingrediënten met andere materialen om ze aan elkaar te laten kleven, en ze allemaal samen te verwarmen om hun onderlinge verbindingen te versterken. Onze MXene-antennes worden in twee stappen gemaakt:Meng de MXenes met water, en spuit het op met een airbrush.

Dit betekent dat antennes bijna overal met airbrush kunnen worden gespoten, door bijna iedereen, voor bijna elk doel. Dit nieuwe materiaaltype opent een breed scala aan nieuwe mogelijkheden voor elektronische apparaten die overal kunnen zijn en toch effectief kunnen communiceren.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.