Ana Sayfa Elektrik Yeni 2B malzemelerle Wi-Fi sinyallerini elektriğe dönüştürme

Yeni 2B malzemelerle Wi-Fi sinyallerini elektriğe dönüştürme

190
0
  Okuma Süresi:   Bu yazıyı  " 6 "  dakikada okuyabiliriniz.
Sitemin tek geliri olan reklamları görüntülemek için AdBlock eklentinizi kapatırsanız sevinirim 🙂

Akıllı telefonlar, dizüstü bilgisayarlar, giyilebilir cihazlar ve diğer elektronik cihazların pilsiz çalıştırıldığı bir dünya hayal edin. MIT ve diğer yerlerdeki araştırmacılar, Wi-Fi sinyallerinden elektroniği güç verebilecek elektriğe dönüştüren ilk tamamen esnek cihazla, bu yönde bir adım attılar.

AC elektromanyetik dalgalarını DC elektriğine dönüştüren cihazlar “rektennas” olarak bilinir. Araştırmacılar, Nature’da ortaya çıkan ve Wi-Fi taşıyanlar da dahil olmak üzere AC dalga formları gibi elektromanyetik dalgaları yakalayan esnek bir radyo frekansı (RF) anteni kullanan, Doğada ortaya çıkan bir çalışmada açıklanan yeni bir tür rekonten olduğunu gösterdi.

Anten daha sonra, sadece birkaç atom kalınlığında iki boyutlu bir yarı iletkenden yapılmış yeni bir cihaza bağlanır. AC sinyali, elektronik devrelere güç sağlamak veya pilleri şarj etmek için kullanılabilecek bir DC voltajına dönüştüren yarı iletkene gider.

Bu şekilde, pilsiz cihaz her yerde bulunan Wi-Fi sinyallerini pasif olarak yakalar ve dönüştürür ve yararlı DC gücüne dönüştürür. Ayrıca, cihaz esnektir ve çok geniş alanları kapsayacak şekilde rulodan ruloya bir proseste imal edilebilir.

“Bir köprünün etrafına dolandığımız veya otoyolun tamamını ya da ofisimizin duvarlarını örttüğümüz ve etrafımızdaki her şeye elektronik istihbarat getirdiğimiz elektronik sistemler geliştirebilirsek? Bu elektronikler için nasıl enerji sağlarsınız?” bildiri yazarı Tomás Palacios, Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Bölümü’nde profesör olan ve Microsystems Teknoloji Laboratuvarlarında MIT / MTL Grafen Cihazları ve 2D Sistemleri Merkezi’nin müdürü. “Geleceğin elektronik sistemlerine güç sağlamak için yeni bir yol bulduk – Wi-Fi enerjisini geniş alanlara kolayca entegre olacak şekilde toplayarak – çevremizdeki her nesneye istihbarat getirmek için.”

Önerilen rekten için gelecek vaat eden ilk uygulamalar arasında esnek ve giyilebilir elektroniklerin, tıbbi cihazların ve “nesnelerin interneti” için sensörlerin güçlendirilmesi yer alıyor. Örneğin, esnek akıllı telefonlar, büyük teknoloji firmaları için yeni ve sıcak bir pazar. Deneylerde, araştırmacıların cihazı, Wi-Fi sinyallerinin tipik güç seviyelerine maruz kaldıklarında (yaklaşık 150 mikro dalga) yaklaşık 40 mikro güç üretebilir. Bu, basit bir mobil ekranı veya silikon çipleri aydınlatmak için fazlasıyla güç.

Diğer bir olası uygulama, Madrid Teknik Üniversitesi’nde araştırmacı olan ortak yazar Jesús Grajal’ın, implante edilebilir tıbbi cihazların veri iletişimine güç verdiğini söylüyor. Örneğin, araştırmacılar hastalar tarafından yutulabilecek hapları geliştirmeye ve teşhis için sağlık verilerini bir bilgisayara aktarmaya başlıyor.

Grajal, “İdeal olarak, bu sistemleri çalıştırmak için pil kullanmak istemiyorsunuz çünkü lityum sızdırıyorlarsa hasta ölebilir” diyor. “Bu küçük laboratuvarları çalıştırmak için vücudunuzdaki enerjiyi toplamak ve verileri harici bilgisayarlara iletmek çok daha iyi.”

Tüm doğrultucular, AC giriş sinyalini DC gücüne dönüştüren “doğrultucu” olarak bilinen bir bileşene dayanmaktadır. Geleneksel redresörler, redresör için silikon veya galyum arsenit kullanır. Bu malzemeler Wi-Fi bandını kaplayabilir, ancak katıdırlar. Ve, bu malzemeleri küçük cihazları üretmek için kullanmak nispeten ucuz olsa da, binaların ve duvarların yüzeyleri gibi geniş alanları kaplamak için bunları kullanmak maliyet engelleyici olacaktır. Araştırmacılar uzun zamandır bu sorunları çözmeye çalışıyorlar. Ancak şu ana kadar bildirilen az sayıdaki esnek rektenn düşük frekanslarda çalıştığını ve ilgili cep telefonu ve Wi-Fi sinyallerinin çoğunun bulunduğu gigahertz frekanslarındaki sinyalleri yakalayıp dönüştüremediğini bildirdi.

Doğrultucularını inşa etmek için araştırmacılar, molibden disülfür (MoS2) adı verilen ve üç atom kalınlığındaki dünyanın en ince yarı iletkenlerinden biri olan yeni bir 2-D malzeme kullandılar. Bunu yaparken, ekip MoS2’nin tekil davranışından yararlandı: Bazı kimyasallara maruz kaldığında, materyallerin atomları bir yarı iletkenden metalik bir malzemeye faz geçişi zorlayan, bir anahtar gibi davranacak şekilde yeniden düzenlenir. Bu yapı, bir yarı iletkenin metal ile birleştiği bir Schottky diyot olarak bilinir.

İlk yazar ve kısa süre sonra Carnegie Mellon’a katılacak olan EECS postdok Xu Zhang, “MoS2’yi 2B yarı iletken metalik bir faz bağlantısına mühendislik yaparak, aynı anda seri direnci ve parazitik kapasitansı en aza indiren atomik olarak ince, ultra hızlı bir Schottky diyot ürettik” Yardımcı doçent olarak üniversite.

Parazitik kapasitans, elektronik aksamında, bazı malzemelerin biraz elektrik yükü depoladığı ve devreyi yavaşlatan kaçınılmaz bir durumdur. Düşük kapasitans, bu nedenle, daha yüksek doğrultucu hızları ve daha yüksek çalışma frekansları anlamına gelir. Araştırmacıların Schottky diyotunun parazit kapasitansı, günümüzün en gelişmiş esnek redresörlerinden daha küçük bir büyüklük sırasıdır, bu nedenle sinyal dönüştürmede çok daha hızlıdır ve 10 gigahertz’e kadar kablosuz sinyalleri yakalayıp dönüştürmesini sağlar.

Zhang, “Böyle bir tasarım, Wi-Fi, Bluetooth, hücresel LTE ve diğerleri de dahil olmak üzere günlük elektroniklerimiz tarafından kullanılan radyo frekansı bantlarının çoğunu kapsayacak kadar hızlı, tamamen esnek bir cihaza izin verdi.” Diyor.

Rapor edilen çalışma, diğer esnek Wi-Fi-elektrik aygıtları için önemli çıktı ve verime sahip planlar sunmaktadır. Mevcut cihazın maksimum çıkış verimliliği, Wi-Fi girişinin giriş gücüne bağlı olarak yüzde 40 düzeyindedir. Tipik Wi-Fi güç seviyesinde, MoS2 redresörünün güç verimliliği yaklaşık yüzde 30’dur. Referans için, günümüzün en iyi silikon ve galyum arsenit sert, daha pahalı silikon veya galyum arsenitten yapılan rektenleri yaklaşık yüzde 50 ila 60’ını sağlar.

MIT, Madrid Teknik Üniversitesi, Ordu Araştırma Laboratuvarı, Madrid’deki Charles III Üniversitesi, Boston Üniversitesi ve Güney Kaliforniya Üniversitesi’nden 15 ortak yazar var.

Ekip şimdi daha karmaşık sistemler kurmayı ve verimliliği artırmayı planlıyor. Çalışma kısmen, Madrid Teknik Üniversitesi ile MIT Uluslararası Bilim ve Teknoloji Girişimleri (MISTI) aracılığıyla yapılan bir işbirliği ile mümkün oldu. Ayrıca, Asker Nanoteknoloji Enstitüsü, Ordu Araştırma Laboratuvarı, Ulusal Bilim Vakfı Entegre Kuantum Materyalleri Merkezi ve Bilimsel Araştırma Hava Kuvvetleri Ofisi tarafından kısmen desteklenmiştir.

Dergi Referansı:

  1. Xu Zhang, Jesús Grajal, Jose Luis Vazquez-Roy, Ujwal Radhakrishna, Xiaoxue Wang, Winston Chern, Lin Zhou, Yuxuan Lin, Pin-Chun Shen, Xiang Ji, Xi Ling, Ahmad Zubair, Yuhao Zhang, Han Wang, Madan Dubey, Jing Kong, Mildred Dresselhaus and Tomás Palacios. Two-dimensional MoS2-enabled flexible rectenna for Wi-Fi-band wireless energy harvesting. Nature, 2019 DOI: 10.1038/s41586-019-0892-1

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz