Amram Bengio, estudiante de posgrado de la Universidad de Rice, instala una antena de fibra de nanotubos para realizar pruebas. Los científicos de Rice y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología han determinado que las fibras de nanotubos fabricadas en Rice pueden ser tan buenas como las antenas de cobre, pero 20 veces más ligeras. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Las fibras hechas de nanotubos de carbono configuradas como antenas inalámbricas pueden ser tan buenas como las antenas de cobre pero 20 veces más ligeras. según investigadores de la Universidad de Rice. Las antenas pueden ofrecer ventajas prácticas para aplicaciones aeroespaciales y dispositivos electrónicos portátiles donde el peso y la flexibilidad son factores.
La investigación aparece en Letras de física aplicada .
El descubrimiento ofrece más aplicaciones potenciales para los fuertes, fibras ligeras de nanotubos desarrolladas por el laboratorio Rice del químico e ingeniero químico Matteo Pasquali. El laboratorio introdujo el primer método práctico para fabricar fibras de nanotubos de carbono de alta conductividad en 2013 y desde entonces las ha probado para su uso como implantes cerebrales y en cirugías cardíacas. entre otras aplicaciones.
La investigación podría ayudar a los ingenieros que buscan optimizar los materiales para aviones y naves espaciales donde el peso es igual al costo. Un mayor interés en los dispositivos portátiles, como los monitores de salud de muñeca y la ropa con componentes electrónicos integrados, podría beneficiarse de una fuerte, antenas de fibra flexible y conductora que envían y reciben señales, Dijo Pasquali.
El equipo de Rice y sus colegas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) desarrollaron una métrica que llamaron "eficiencia de radiación específica" para juzgar qué tan bien las fibras de nanotubos irradiaban señales en las frecuencias de comunicación inalámbrica comunes de 1 y 2,4 gigahercios y compararon sus resultados con antenas de cobre estándar. Hicieron hilos que comprenden de ocho a 128 fibras que son tan finas como un cabello humano y se cortan a la misma longitud para probarlas en un equipo personalizado que hizo comparaciones directas con el cobre en la práctica.
Amram Bengio, estudiante de posgrado de la Universidad de Rice, prepara una muestra de antena de fibra de nanotubos para su evaluación. Las fibras tuvieron que aislarse en soportes de espuma de poliestireno para asegurar comparaciones precisas entre sí y con el cobre. Las fibras de Rice hechas solo de nanotubos de carbono pueden ser antenas prácticas para aplicaciones aeroespaciales y dispositivos electrónicos portátiles. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
"Las antenas suelen tener una forma específica, y tienes que diseñarlos con mucho cuidado, "dijo el estudiante graduado de Rice, Amram Bengio, el autor principal del artículo. "Una vez que estén en esa forma, quieres que permanezcan así. Así que uno de los primeros desafíos experimentales fue conseguir que nuestro material flexible se mantuviera en su sitio ".
Al contrario de los resultados anteriores de otros laboratorios (que utilizaron diferentes fuentes de fibra de nanotubos de carbono), Los investigadores de Rice encontraron que las antenas de fibra combinaban con cobre para la eficiencia de la radiación en las mismas frecuencias y diámetros. Sus resultados apoyan las teorías que predijeron que el rendimiento de las antenas de nanotubos escalaría con la densidad y conductividad de la fibra.
"No solo descubrimos que obtuvimos el mismo rendimiento que el cobre para el mismo diámetro y área de sección transversal, pero una vez que tuvimos en cuenta el peso, descubrimos que básicamente hacemos esto por una vigésima parte del peso del alambre de cobre, "Dijo Bengio.
"Las aplicaciones para este material son un gran argumento de venta, pero desde una perspectiva científica, a estas frecuencias, los macromateriales de nanotubos de carbono se comportan como un conductor típico, ", dijo. Incluso las fibras consideradas" moderadamente conductoras "mostraron un rendimiento superior, Aunque los fabricantes podrían simplemente usar cables de cobre más delgados en lugar de los cables de calibre 30 que usan actualmente, esos cables serían muy frágiles y difíciles de manejar, Dijo Pasquali.
"Amram demostró que si haces tres cosas bien:fabrica las fibras adecuadas, fabrique la antena correctamente y diseñe la antena de acuerdo con los protocolos de telecomunicaciones; luego obtendrá antenas que funcionan bien, ", dijo." Cuando vas a antenas muy delgadas a altas frecuencias, tiene una desventaja menor en comparación con el cobre porque el cobre se vuelve difícil de manejar en calibres delgados, mientras que los nanotubos, con su comportamiento similar al textil, aguanta bastante bien ".
