Los investigadores de la Universidad de Drexel han producido antenas aplicadas con spray hechas de un material bidimensional llamado MXene, que han alcanzado medidas de desempeño a la par con la tecnología de telecomunicaciones actual. Crédito:Universidad de Drexel (Meikang Han)
Las nuevas antenas tan delgadas que se pueden rociar en su lugar también son lo suficientemente robustas como para proporcionar una señal fuerte en anchos de banda que serán utilizados por dispositivos móviles de quinta generación (5G). Resultados de rendimiento de las antenas, que están hechos de un nuevo tipo de material bidimensional llamado MXene, fueron reportados recientemente por investigadores de la Universidad de Drexel y podrían tener ramificaciones para dispositivos móviles, tecnología de "Internet de las cosas" portátil y conectada.
Las antenas MXene, que han estado en desarrollo en Drexel durante poco más de dos años, ya están funcionando casi tan bien como las antenas de cobre que se encuentran en la mayoría de los dispositivos móviles en el mercado hoy en día, pero con la ventaja de ser solo una fracción de su grosor y peso.
"Esta combinación de rendimiento de comunicaciones con una delgadez extrema, La flexibilidad y la durabilidad establecen un nuevo estándar para la tecnología de antenas, "dijo Yury Gogotsi, Doctor., Distinguido profesor universitario y de Bach de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Facultad de Ingeniería de Drexel, quien es el autor principal de un artículo sobre las antenas MXene publicado recientemente en la revista Materiales avanzados . "Si bien las antenas de cobre han sido las mejores en términos de rendimiento durante bastante tiempo, sus limitaciones físicas han impedido que la tecnología conectada y móvil dé los grandes avances que muchos han predicho. Debido a su conjunto único de características, las antenas MXene podrían desempeñar un papel habilitador en el desarrollo de la tecnología IoT ".
Si bien las empresas de comunicaciones móviles están actualmente a punto de introducir la tecnología 5G, que podría capitalizar una porción menos utilizada del espectro de telecomunicaciones para permitir una transmisión de datos más rápida, Es probable que se convierta en el rango de operación estándar para la nueva tecnología.
Más allá de alcanzar las capacidades de rendimiento, Las antenas para dispositivos del futuro también deben poder funcionar bien en una variedad de entornos fuera de las placas de circuitos de teléfonos y computadoras. Según Gogotsi, Esto hace que MXene sea un material atractivo para antenas nuevas porque se puede aplicar por aspersión, serigrafiado o impreso con inyección de tinta sobre casi cualquier sustrato y permanece flexible sin sacrificar el rendimiento.
Ultradelgado antenas MXene aplicadas con spray, desarrollado por investigadores de la Universidad de Drexel, funciona a la par con las antenas que se utilizan actualmente en la tecnología de telecomunicaciones de quinta generación. Crédito:Universidad de Drexel (Meikang Han)
"Generalmente, las matrices de antenas de cobre se fabrican grabando placas de circuitos impresos, este es un proceso difícil de realizar en un sustrato flexible, "dijo Meikang Han, Doctor., investigador postdoctoral en la A.J. Drexel Nanomaterials Institute, quien contribuyó a la investigación. "Esto coloca a MXene en una clara ventaja porque se dispersa en agua para producir una tinta, que se puede rociar o imprimir en las paredes de los edificios o sustratos flexibles para crear antenas ".
En el papel, Gogotsi y sus colaboradores, incluido el profesor Gary Friedman, Doctor., y Kapil Dandekar, Doctor., E. Warren Colehower Catedrático del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad de Ingeniería de Drexel, informó sobre el rendimiento de tres juegos de antenas MXene con recubrimiento de aerosol, que eran entre 7 y 14 veces más delgadas y entre 15 y 30 veces más livianas que una antena de cobre similar, incluso más delgada que una capa de pintura. Probaron las antenas tanto en laboratorio como en entornos abiertos para medir el rendimiento clave de la eficiencia con la que la antena convierte la energía en ondas dirigidas:ganancia, eficiencia de radiación y directividad. E hicieron las pruebas en las tres frecuencias de radio comúnmente utilizadas para telecomunicaciones, incluyendo uno en la frecuencia objetivo de operación para dispositivos 5G.
En cada caso, las antenas MXene funcionaron dentro del 5% por ciento de las antenas de cobre, con un rendimiento que aumenta con el grosor de la antena. La antena de parche MXene de mejor rendimiento, aproximadamente una séptima parte del grosor de las antenas de cobre estándar, fue 99% más eficiente que las antenas de cobre que funcionan a una frecuencia de 16,4 GHz en un entorno abierto. Los MXenes también fueron 98% más efectivos que sus contrapartes de cobre que operan en el ancho de banda 5G.
Su rendimiento superó el de varios otros materiales nuevos que se están considerando para antenas, incluyendo tinta plateada, nanotubos de carbono y grafeno. Y, significativamente, estos números de rendimiento no renunciaron cuando las antenas MXene se sometieron a hasta 5, 000 ciclos de plegado:una marca de durabilidad que supera con creces a los materiales de la competencia.
"La escalabilidad y la sostenibilidad medioambiental de MXene en la fabricación se han establecido bien, que este material logre sus objetivos de rendimiento al mismo ritmo que los mejores materiales del mercado actual es sin duda un avance significativo, ", Dijo Gogotsi." A medida que continuamos probando varios patrones y técnicas de recubrimiento mientras optimizamos adicionalmente la composición de los materiales MXene, Espero que su desempeño continúe mejorando ".
