Μπορεί να μην το σκεφτόμαστε πολύ, αλλά οι κεραίες είναι παντού. Στα τηλέφωνα μας, στα αυτοκίνητα μας, στις ετικέτες κατά των κλοπών στα ρούχα που αγοράζουμε και καθώς το Διαδίκτυο των πραγμάτων γίνεται μια ολοένα και πιο παρούσα πραγματικότητα, εμφανίζονται σε νέα μέρη, όπως τα μικροκύματα και οι λάμπες. Οι μηχανικοί αναζητούν συνεπώς μεθόδους για τη δημιουργία μικρότερων, ελαφρύτερων και ευκολότερων εφαρμογών.
Τώρα, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Drexel έχουν αναπτύξει μια μέθοδο για τη δημιουργία σχεδόν αόρατων κεραιών σε σχεδόν οποιαδήποτε επιφάνεια με κυριολεκτικά ψεκάζοντάς τα σαν χρώμα. Οι κεραίες κατασκευάζονται από ένα ειδικό δισδιάστατο μεταλλικό υλικό που ονομάζεται MXene. MXene σκόνη μπορεί να διαλυθεί σε νερό για να δημιουργήσετε ένα χρώμα που στη συνέχεια αερόψυκτο επάνω. Σε δοκιμές, ακόμη και ένα στρώμα τόσο λεπτό όσο μόλις 62 νανόμετρα - χιλιάδες φορές πιο λεπτό από ένα φύλλο χαρτιού - θα μπορούσε να επικοινωνήσει αποτελεσματικά. Η απόδοση ξεπέρασε τα 8 microns, ένα σημείο στο οποίο οι κεραίες ψεκασμού λειτουργούσαν ακριβώς όπως και αυτές που χρησιμοποιούνται σήμερα σε κινητές συσκευές και ασύρματους δρομολογητές.
Οι κεραίες είναι τόσο λεπτές ώστε μπορούν να ψεκαστούν χωρίς να προσθέσουν βάρος ή χύμα, ακόμα και σε μικροσκοπικές συσκευές όπως οι ιατρικοί αισθητήρες. Και είναι επίσης ευέλικτοι, που σημαίνει ότι μπορούν να πάνε σε μη επίπεδες επιφάνειες, όπως κουρτίνες. Οι ερευνητές λένε ότι οι κεραίες θα μπορούσαν να κάνουν τεράστιες βελτιώσεις στις ασύρματες συσκευές και στο Internet των πραγμάτων, ειδικά όταν πρόκειται για φορητές συσκευές - θα μπορούσατε ακόμη και να ψεκάσετε μια κεραία στις κάλτσες σας για να τις παρακολουθήσετε.
"Αυτό θα επιτρέψει πραγματικά ασύρματη επικοινωνία με οποιοδήποτε στοιχείο", λέει ο Yury Gogotsi, καθηγητής επιστήμης και τεχνολογίας των υλικών που οδήγησε την έρευνα. "Αυτό θα μπορούσε να κάνει μια πραγματική διαφορά, διότι πηγαίνουμε προς έναν κόσμο όπου όλα θα συνδεθούν."
Φανταστείτε ότι μπορείτε να εφαρμόσετε αμέσως μια κεραία σε οποιοδήποτε στοιχείο που έχετε στην κατοχή σας και να την καταστήσετε συσκευή επικοινωνίας. Θα μπορούσατε να βάλετε μια κεραία στο κολάρο του σκύλου σας για να τον κρατήσετε από το να χαθεί. Τοποθετήστε ένα στο ψυγείο σας, ώστε να επικοινωνεί με τα τηλέφωνά σας. Βάλτε τους στις μπάλες του τένις σας για να παρακολουθήσετε την ταχύτητα των σερβιρίσματά σας.
Η έρευνα δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Science Advances .
Το MXene, ένα δισδιάστατο υλικό καρβιδίου τιτανίου, ανακαλύφθηκε από τους ερευνητές του Drexel το 2011 και κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 2015. Εξαιρετικά ισχυρή και αγώγιμη, δείχνει ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συσκευές αποθήκευσης ενέργειας, όπως ηλεκτρόδια μπαταριών που θα μπορούσαν να φορτίζουν τηλέφωνα σε δευτερόλεπτα. πρόληψη ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών μεταξύ συσκευών. ανιχνεύοντας επικίνδυνες χημικές ουσίες στον αέρα και πολλά άλλα. Στη μελέτη, οι κεραίες MXene εκτελέστηκαν 50 φορές καλύτερα από αυτές που κατασκευάζονται από το graphene, το σημερινό "καυτό" νανοϋλικό.
Σε αντίθεση με άλλα νανοϋλικά, το MXene δεν απαιτεί κανένα συνδετικό ή θέρμανση να προσκολλάται μαζί στα νανοσωματίδια. Το μόνο που χρειάζεται είναι να αναμιχθεί με νερό και να ψεκαστεί με ένα αερογράφο. Οι προκύπτουσες κεραίες μπορούν να λειτουργήσουν ακόμη και σε υλικά που κινούνται και κάμπτονται, όπως τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, αν και θα επηρεάσουν τη λήψη, πολύ με τον ίδιο τρόπο που μετακινεί την κεραία σε μια παλιά τηλεόραση.
Οι κεραίες ψεκασμού είναι μια "ενδιαφέρουσα προσέγγιση", λέει ο Josep Jornet, καθηγητής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών στο Πανεπιστήμιο του Μπάφαλο, ο οποίος εργάζεται στα δίκτυα επικοινωνιών και στο Διαδίκτυο των πραγμάτων.
Οι περισσότερες έρευνες για τις λεπτές εύκαμπτες κεραίες περιλαμβάνουν την εκτύπωση, λέει ο Jornet. Αλλά ο ψεκασμός μπορεί να είναι γρηγορότερος.
Αλλά ενώ η απόδοση της κεραίας όπως φαίνεται στο χαρτί είναι "πολύ καλή", λέει ο Jornet, "μια κεραία από μόνη της δεν είναι παρά ένα κομμάτι μετάλλου".
Για να καταστήσει τις κεραίες μέγιστες χρήσιμες, εξηγεί, θα συνδυάζονται με είδη ευέλικτων ηλεκτρονικών - σκέφτονται τα τεντωμένα τηλέφωνα ή τα roll-up tablets - που δεν υπάρχουν ακόμα. Αυτό είναι κάτι που εργάζονται πολλοί ερευνητές, αλλά δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί.
Η ομάδα Drexel εξέτασε τις κεραίες ψεκασμού σε ένα ακατέργαστο υλικό, χαρτί κυτταρίνης και ένα λείο, φύλλα τερεφθαλικού πολυαιθυλενίου. Τώρα σχεδιάζουν να το δοκιμάσουν σε άλλες επιφάνειες, συμπεριλαμβανομένων των γυαλιών, των νήματος και των κερκίδων από νήματα από δέρμα που θα μπορούσαν να κάνουν για συνδεμένα υφάσματα, ενώ το δέρμα θα μπορούσε να έχει εφαρμογές για κτηνιατρική ή ιατρική. Ελπίζουν να συνεργαστούν με επενδυτές ή εμπορικούς εταίρους που ενδιαφέρονται να αναπτύξουν προϊόντα που θα μπορούσαν να επωφεληθούν από τις κεραίες.
Ενώ οι κεραίες έχουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν για φορητές συσκευές ή συσκευές παρακολούθησης της υγείας που ψεκάζονται απευθείας στο δέρμα, ο Γκογκότσι συμβουλεύει την προσοχή, καθώς το MXene έχει ελάχιστα στοιχεία ότι χρησιμοποιείται σε ανθρώπους.
«Είμαστε πάντα λίγο ασχολούνται με τα νέα υλικά», λέει. "Είναι βιοσυμβατό; Υπάρχουν μακροπρόθεσμες συνέπειες; Θα πρότεινα να περιμένουμε πριν την βάλουμε απευθείας στο δέρμα. "
Η ομάδα εξετάζει επίσης πώς να βελτιστοποιήσει το υλικό από την άποψη της αγωγιμότητας και της αντοχής, ενδεχομένως καθιστώντας ακόμα πιο λεπτό και ευκολότερο να ψεκάζει σε πιο ακριβή σχήματα, καθώς και να το κάνει να εργάζεται σε διαφορετικές συχνότητες.
"Υπάρχει αρκετό περιθώριο για βελτίωση", λέει ο Γκογκότσι. "Το πρώτο δεν είναι ποτέ το καλύτερο."
