Antennes gemaakt van koolstof nanobuisfilms zijn net zo efficiënt als koper voor draadloze toepassingen, volgens onderzoekers van de Brown School of Engineering van Rice University. Ze zijn ook harder, flexibeler en kan in wezen op apparaten worden geverfd.

Het Rice-lab van chemisch en biomoleculair ingenieur Matteo Pasquali testte antennes gemaakt van "afschuif-uitgelijnde" nanobuisfilms. De onderzoekers ontdekten dat niet alleen de geleidende films in staat waren om de prestaties van veelgebruikte koperfilms te evenaren, ze kunnen ook dunner worden gemaakt om hogere frequenties beter aan te kunnen.

De resultaten gedetailleerd in Technische Natuurkunde Brieven het eerdere werk van het laboratorium op het gebied van antennes op basis van koolstof nanobuisvezels vooruit te helpen.

De op afschuiving uitgelijnde antennes van het laboratorium werden getest in de faciliteit van het National Institute of Standards and Technology (NIST) in Boulder, Colorado, door hoofdauteur Amram Bengio, die het onderzoek uitvoerde en de paper schreef terwijl hij promoveerde in het lab van Pasquali. Bengio heeft inmiddels een bedrijf opgericht om het materiaal verder te ontwikkelen.

Bij de doelfrequenties van 5, 10 en 14 gigahertz, de antennes hielden zich gemakkelijk staande met hun metalen tegenhangers, hij zei. "We gingen naar frequenties die tegenwoordig niet eens worden gebruikt in wifi- en Bluetooth-netwerken, maar zal worden gebruikt in de komende 5G-generatie antennes, " hij zei.

Bengio merkte op dat andere onderzoekers hebben beweerd dat antennes op nanobuisjes zijn gebaseerd en dat hun inherente eigenschappen hen ervan hebben weerhouden vast te houden aan de "klassieke relatie tussen stralingsefficiëntie en frequentie, " maar de Rice-experimenten met meer verfijnde films hebben bewezen dat ze ongelijk hadden, waardoor de één-op-één vergelijkingen mogelijk zijn.

Om de films te maken, het Rice-lab loste nanobuisjes op, de meeste enkelwandig en tot 8 micron lang, in een op zuur gebaseerde oplossing. Wanneer uitgespreid op een oppervlak, de geproduceerde schuifkracht zorgt ervoor dat de nanobuisjes zichzelf uitlijnen, een fenomeen dat het Pasquali-lab in andere onderzoeken heeft toegepast.

Bengio zei dat hoewel gasfaseafzetting op grote schaal wordt gebruikt als een batchproces voor sporenafzetting van metalen, de verwerkingsmethode in de vloeistoffase leent zich voor meer schaalbare, continue antenne productie.

De testfilms waren ongeveer zo groot als een glasplaatje, en tussen 1 en 7 micron dik. De nanobuisjes worden bij elkaar gehouden door sterk aantrekkende van der Waals-krachten, waardoor het materiaal veel betere mechanische eigenschappen heeft dan die van koper.

De onderzoekers zeiden dat de nieuwe antennes geschikt zouden kunnen zijn voor 5G-netwerken, maar ook voor vliegtuigen, vooral onbemande luchtvaartuigen, waarvoor gewicht een overweging is; als draadloze telemetrieportalen voor olie- en gasexploratie in het boorgat; en voor toekomstige "internet of things"-toepassingen.

"Er zijn grenzen vanwege de fysica van hoe een elektromagnetische golf zich door de ruimte voortplant, "Zei Bengio. "We veranderen niets in dat opzicht. Wat we veranderen is het feit dat het materiaal waaruit al deze antennes zullen worden gemaakt aanzienlijk lichter is, sterker en beter bestand tegen een grotere verscheidenheid aan ongunstige omgevingsomstandigheden dan koper."

"Dit is een goed voorbeeld van hoe samenwerking met nationale laboratoria het bereik van universitaire groepen enorm vergroot, "Zei Pasquali. "We hadden dit werk nooit kunnen doen zonder de intellectuele betrokkenheid en experimentele capaciteiten van het NIST-team."