Новое гибкое устройство может преобразовывать сигналы WiFi в электричество

• Ректенна нового типа из тонкого двумерного полупроводника может преобразовывать сигналы Wi-Fi в электричество.
• Исследователи смогли выработать 40 микроватт энергии, когда они подвергли ректенну нормальному сигналу Wi-Fi.
• Этой мощности более чем достаточно для работы кремниевых чипов или включения светодиода.

Беспроводная передача энергии восходит к концу 19 века, когда Никола Тесла работал над методами передачи электроэнергии без проводов. Спустя несколько лет итальянский изобретатель Гульельмо Маркони изобрел первую полную и коммерчески успешную систему беспроводного телеграфирования.

Позднее (в середине 20-го века) были созданы эффективные устройства для сбора радиочастотной энергии на жестких подложках, таких как кремний. Однако было очень сложно распространить эту технологию на электронные системы, которые используются ежедневно. Несмотря на то, что был проанализирован широкий спектр гибких полупроводников, чтобы обеспечить поистине повсеместное восприятие, ученые не достигли каких-либо значительных успехов в этой области.

Недавно исследовательская группа Массачусетского технологического института разработала первое полностью гибкое устройство, которое может преобразовывать сигналы Wi-Fi в электрическую энергию для силовой электроники. Это новый тип ректенны - прибора для преобразования электромагнитных волн переменного тока в электричество постоянного тока, в котором используется гибкая радиочастотная антенна для захвата электромагнитных волн в виде сигналов переменного тока.

Затем эту антенну прикрепляют к уникальному устройству из двумерного полупроводника. Устройство преобразует сигнал переменного тока в напряжение постоянного тока, которое может заряжать батареи и приводить в действие электронные схемы.

Что это за уникальное устройство?

В обычных ректеннах в качестве выпрямителя используется арсенид галлия или кремний, преобразующий сигнал переменного тока в мощность постоянного тока. Хотя эти полупроводники покрывают диапазон Wi-Fi, они жесткие. Использовать их для изготовления обширных площадей (стен, поверхностей зданий) было бы чрезвычайно дорого.

Ученые десятилетиями пытались решить эти проблемы. Они разработали несколько эффективных ректенн, но они работают на низких частотах и ​​не могут преобразовывать сигналы в гигагерцовых частотах, где находится большинство сигналов Wi-Fi и мобильных телефонов.

В этом исследовании исследователи использовали новый двумерный материал, названный дисульфид молибдена, толщиной всего в три атома. Когда атомы этого материала вступают в контакт с определенными химическими веществами, они меняют свое положение и действуют как переключатель. Это заставляет материал менять свою фазу с полупроводника на металл.

Ссылка:Природа | doi:10.1038 / s41586-019-0892-1 | Массачусетский технологический институт

В результате получается соединение полупроводника с металлом, называемое диодом Шоттки, что одновременно минимизирует паразитную емкость и последовательное сопротивление.

Паразитная емкость диода Шоттки намного ниже, чем паразитная емкость существующих современных гибких выпрямителей. Таким образом, он может захватывать и преобразовывать беспроводные сигналы с гораздо большей скоростью (до 10 гигагерц), охватывая радиочастотные диапазоны, используемые сотовой связью LTE, Bluetooth и Wi-Fi.

Предоставлено исследователями

Результаты и приложения

Максимальная выходная эффективность устройства составляет около 40% и зависит от входного сигнала WiFi. Чтобы понять это, обычные ректенны, сделанные из арсенида галлия и кремния, имеют эффективность от 50% до 60%. Команда планирует разрабатывать более сложные системы с более высокой эффективностью.

Первые приложения этого нового устройства включают питание портативной электроники, медицинских инструментов и датчиков для «Интернета вещей». В этом исследовании исследователи смогли генерировать 40 микроватт энергии, когда ректенна подвергалась воздействию обычных сигналов Wi-Fi (которые обычно имеют мощность 150 микроватт).

Читайте:DARPA будет использовать лазерный источник света для питания небольших самолетов на лету

В настоящее время ученые разрабатывают таблетки для проглатывания, которые могут передавать данные о состоянии здоровья обратно на компьютеры для диагностики. Новая ректенна также может использоваться для питания таких имплантируемых медицинских устройств в будущем.