La promesa de los wearables tejidos funcionales, el Internet de las cosas, y su cohorte tecnológica de "próxima generación" parece tentadoramente al alcance de la mano. Pero los investigadores en el campo le dirán que una de las principales razones de su "llegada" demorada es el problema de la integración perfecta de la tecnología de conexión, es decir, antenas, con "cosas" flexibles y que cambian de forma.

Pero un gran avance de los investigadores de la Facultad de Ingeniería de Drexel, ahora podría hacer que instalar una antena sea tan fácil como aplicar un poco de repelente de insectos.

En una investigación publicada recientemente en Avances de la ciencia , el grupo informa sobre un método para rociar antenas invisiblemente delgadas, hecho de un tipo de bidimensional, material metálico llamado MXene, que funcionan tan bien como los que se utilizan en dispositivos móviles, enrutadores inalámbricos y transductores portátiles.

"Este es un hallazgo muy emocionante porque hay mucho potencial para este tipo de tecnología, "dijo Kapil Dandekar, Doctor., profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática en la Facultad de Ingeniería, quien dirige el laboratorio de sistemas inalámbricos de Drexel, y fue coautor de la investigación. "La capacidad de rociar una antena sobre un sustrato flexible o hacerlo ópticamente transparente significa que podríamos tener muchos lugares nuevos para configurar redes; hay nuevas aplicaciones y nuevas formas de recopilar datos que ni siquiera podemos imaginar en el momento."

Los investigadores, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Facultad, informe que el carburo de titanio MXene se puede disolver en agua para crear una tinta o pintura. La conductividad excepcional del material le permite transmitir y dirigir ondas de radio, incluso cuando se aplica en una capa muy fina.

"Descubrimos que incluso las antenas transparentes con espesores de decenas de nanómetros podían comunicarse de manera eficiente, "dijo Asia Sarycheva, un candidato a doctorado en el A.J. Instituto de Nanomateriales Drexel y Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales. "Al aumentar el grosor hasta 8 micrones, el rendimiento de la antena MXene alcanzó el 98 por ciento de su valor máximo previsto ".

Preservar la calidad de transmisión en una forma tan delgada es importante porque permitiría que las antenas se incrusten fácilmente, literalmente, rociado en una amplia variedad de objetos y superficies sin agregar peso o circuitos adicionales o sin requerir un cierto nivel de rigidez.

"Esta tecnología podría permitir la integración verdaderamente perfecta de antenas con objetos cotidianos que serán fundamentales para la Internet de las cosas emergente, ", Dijo Dandekar." Los investigadores han trabajado mucho con materiales no tradicionales tratando de averiguar dónde la tecnología de fabricación satisface las necesidades del sistema, pero esta tecnología podría facilitar mucho la respuesta a algunas de las preguntas difíciles en las que hemos estado trabajando durante años ".

Las pruebas iniciales de las antenas rociadas sugieren que pueden funcionar con el mismo rango de calidad que las antenas actuales. que están hechos de metales familiares, como el oro, plata, cobre y aluminio, pero son mucho más gruesas que las antenas MXene. Hacer las antenas más pequeñas y livianas ha sido durante mucho tiempo un objetivo de los científicos de materiales y los ingenieros eléctricos, por lo que este descubrimiento es un gran paso adelante tanto en términos de reducir su huella como de ampliar su aplicación.

"Los métodos actuales de fabricación de metales no pueden hacer que las antenas sean lo suficientemente delgadas y aplicables a cualquier superficie, a pesar de décadas de investigación y desarrollo para mejorar el rendimiento de las antenas metálicas, "dijo Yury Gogotsi, Doctor., Distinguido profesor universitario y de Bach de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Facultad de Ingeniería, y Director de A.J. Instituto de Nanomateriales Drexel, quién inició y dirigió el proyecto. "Estábamos buscando nanomateriales bidimensionales, que tienen un espesor de hoja unas cien mil veces más fino que un cabello humano; solo unos pocos átomos de ancho, y puede autoensamblarse en películas conductoras al depositarse sobre cualquier superficie. Por lo tanto, seleccionamos MXene, que es un material de carburo de titanio bidimensional, que es más fuerte que los metales y es conductor metálico, como candidato para antenas ultradelgadas ".

Los investigadores de Drexel descubrieron la familia de materiales MXene en 2011 y han ido adquiriendo conocimientos sobre sus propiedades. y considerando sus posibles aplicaciones, desde entonces. El material bidimensional en capas, que se hace mediante procesamiento químico húmedo, ya ha mostrado potencial en dispositivos de almacenamiento de energía, blindaje electromagnético, filtración de agua, detección química, refuerzo estructural y separación de gases.

Naturalmente, los materiales MXene se han comparado con materiales bidimensionales prometedores como el grafeno, que ganó el Premio Nobel en 2010 y ha sido explorado como material para antenas imprimibles. En el papel, los investigadores de Drexel colocaron las antenas en aerosol contra una variedad de antenas fabricadas con estos nuevos materiales, incluido el grafeno, tinta de plata y nanotubos de carbono. Las antenas MXene eran 50 veces mejores que las de grafeno y 300 veces mejores que las de tinta plateada en términos de preservar la calidad de la transmisión de ondas de radio.

"La antena MXene no solo superó el mundo macro y micro de las antenas metálicas, fuimos más allá del rendimiento de las antenas de nanomateriales disponibles, manteniendo el grosor de la antena muy bajo, "dijo Babak Anasori, Doctor., profesor asistente de investigación en A.J. Instituto de Nanomateriales Drexel. "La antena más delgada era tan delgada como 62 nanómetros, unas mil veces más delgada que una hoja de papel, y era casi transparente. A diferencia de otros métodos de fabricación de nanomateriales, que requiere aditivos, llamados aglutinantes, y pasos adicionales de calentamiento para sinterizar las nanopartículas juntas, Hicimos antenas en un solo paso con aerógrafo rociando nuestra tinta MXene a base de agua ".

El grupo probó inicialmente la aplicación en aerosol de la tinta de antena sobre un sustrato rugoso (papel de celulosa) y uno liso (láminas de tereftalato de polietileno). El siguiente paso de su trabajo será buscar las mejores formas de aplicarlo en una amplia variedad. de superficies desde vidrio hasta hilo y piel.

"La investigación adicional sobre el uso de materiales de la familia MXene en la comunicación inalámbrica puede permitir dispositivos electrónicos completamente transparentes y dispositivos portátiles muy mejorados que respaldarán los estilos de vida activos que estamos viviendo, "Dijo Anasori.