Spray-on antennas có thể mở ra tiềm năng của công nghệ kết nối thông minh

Bất kể kích thước, hình dạng, một ăng-ten đóng vai trò rất quan trọng để liên lạc, truyền và nhận tín hiệu vô tuyến giữa các thiết bị. Khi các thiết bị điện tử cầm tay ngày càng trở nên phổ biến, các ăng-ten cũng phát triển theo xu hướng này.

Các thiết bị đeo, quần áo thông minh, cảm biến công nghiệp và cảm biến y tế sẽ hiệu quả hơn nhiều nếu ăng-ten của chúng có trọng lượng nhẹ và linh hoạt - và thậm chí có thể trong suốt.

Năm 2011, các nhà nghiên cứu thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Đại học Drexel tập trung nghiên cứu vật liệu nano mỏng hơn 100.000 lần so với tóc người. Họ đã tìm ra cách kết hợp kim loại với các nguyên tử cacbon hoặc nitơ để tạo ra một loại dẫn điện tốt với tên gọi MXenes (phát âm là “maksens”), được tạo ra bằng các kim loại khác nhau - bao gồm titan, molypden, vanadi và niobi. Điều này mang lại cơ hội khiến cho ăng-ten nhỏ hơn, nhẹ hơn, linh hoạt hơn để đi cùng với các thiết bị cũng được làm từ các vật liệu đa dạng và linh hoạt hơn.

Một loại ăng ten khác cũng đang đi vào sử dụng. Nhiều thẻ tín dụng và thẻ ghi nợ, cũng như hộ chiếu Hoa Kỳ, chứa những thẻ nhận diện tần sóng vô tuyến RFID, các chip điện tử nhỏ mang thông tin nhận dạng và truyền chúng tới các cảm biến xác thực giao dịch hoặc xác nhận danh tính của nhà cung cấp tài liệu.

Thẻ RFID thậm chí còn được sử dụng rộng rãi hơn, để theo dõi các khâu trong quy trình sản xuất, hộp cá nhân và công ten nơ trong các lô hàng lớn và thậm chí kiểm soát truy cập của công nhân ở các khu vực cụ thể của văn phòng hoặc nhà máy.

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra dòng vật liệu MXene vào năm 2011, sau đó, hiểu được tính chất của chúng và xem xét các ứng dụng triển vọng của chúng. Vật liệu hai chiều phân lớp này được chế tạo bằng cách xử lý hóa chất ướt, có tiềm năng ứng dụng cho các thiết bị lưu trữ năng lượng, chắn điện từ, lọc nước, cảm biến hóa học, gia cố kết cấu và tách khí.

Nhóm nghiên cứu cho biết cacbua titan MXene có thể hòa tan trong nước để tạo ra mực hoặc sơn. Độ dẫn điện đặc biệt của vật liệu cho phép nó truyền và phát sóng vô tuyến, ngay cả khi vật liệu được phun lớp phủ rất mỏng.

Tất cả các cách tiếp cận này tận dụng lợi thế của các tính chất vật lý và điện của MXenes: Trong suốt với ánh sáng, dẫn điện tử, ổn định về mặt hóa học và mạnh mẽ.

Các nhà nghiên cứu đã khám phá một thuộc tính vật lý khác của MXenes là chúng thích nước. Khi trộn các tấm titan cacbua hai chiều với nước, họ nhận thấy mực nước ổn định. Chúng ta có thể phun hoặc in mực trên bất kỳ bề mặt nào và khi nước bốc hơi, những gì còn lại là các lớp MXene - một ăng-ten MXene.

Khi thử nghiệm với MXene cacbua titan, kết quả là ăng ten truyền dẫn tín hiệu và bắt sóng rất tốt ngay cả khi chỉ phun một lớp rất mỏng. Thử nghiệm ban đầu cho thấy nó có thể hoạt động tốt như các ăng-ten làm bằng vàng, bạc, đồng hoặc nhôm. Vì ăng-ten MXene mỏng hơn rất nhiều nên nó sẽ hiệu quả hơn các vật liệu ăng ten khác trong không gian quá nhỏ, thậm chí chỉ bằng một phần nghìn độ dày của một tờ giấy.

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã so sánh ăng-ten phủ với nhiều loại ăng-ten làm từ các vật liệu mới như graphene, mực bạc và các ống nano cacbon. Ăng-ten Mxene tốt hơn gấp 50 lần graphene và hơn 300 lần ăng-ten mực bạc về khả năng đảm bảo chất lượng truyền sóng vô tuyến.

Ban đầu nhóm thử nghiệm ứng dụng phun mực ăng-ten trên chất nền thô - giấy xenlulô - và một chất nền mềm - tấm giấy polyethylene terephthalate. Bước tiếp theo các nhà khoa học sẽ xem xét những phương thức tốt nhất để áp dụng nó cho nhiều loại bề mặt từ kính đến sợi và da.