Tato anténa se ohýbá, ale nerozbije se

Inženýři ze Státní univerzity v Severní Karolíně vytvořili vysoce účinnou, flexibilní a samoopravnou anténu pomocí kovové slitiny, která je při pokojové teplotě kapalná.

Srolovat: Anténa funguje, i když je složená.

Většina materiálů, které se dostávají do elektronických zařízení, je křehká, neohebná a náchylná k poškození, včetně mědi, která se nejčastěji používá k výrobě antén. Nová anténa z tekutého kovu by mohla usnadnit odesílání a příjem dat z flexibilní elektroniky. Možná použití zahrnují senzory zabudované do oděvů nebo jiných textilií, poddajný elektronický papír nebo implantovatelná biomedicínská zařízení.

Michael Dickey , odborný asistent chemického a biomolekulárního inženýrství na NC State, pracoval se slitinou gallia a india, která je kapalná při pokojové teplotě, a zkoumal, jak se chová v mikrokanálech s ohledem na aplikace výroby elektroniky. Při hledání dalších možných použití narazil na myšlenku vyrobit flexibilní anténu. Ve spolupráci s elektroinženýrem Gianluca Lazzi – tehdy v NC State, nyní vedoucí katedry elektrotechniky a počítačového inženýrství na univerzitě v Utahu – Dickey a jeho studenti použili slitinu a běžný flexibilní polymer zvaný polydimethylsiloxan (PDMS) k výrobě jednoduché dipólové antény – v podstatě rovné tyče , jako staromódní králičí ušní antény používané pro analogovou televizi.

Výzkumníci nalili tekutý PDMS do formy, která po vytvrzení zanechala jediný vnitřní kanál. Poté vstříkli kapalnou směs gallia a india do kanálu a utěsnili jej. Všechno je to docela jednoduché, říká Dickey.

Výzkumníci v Lazziho laboratoři testovali výkon antény a zjistili, že mohou vytvořit elektrický kontakt se zařízením jednoduše zapíchnutím drátu do kapaliny, což eliminuje potřebu pájení. V laboratoři vyzařovala anténa v širokém frekvenčním rozsahu s účinností asi 90 procent, což je ekvivalentní účinnosti podobné antény vyrobené z mědi. To je první věc, která nás překvapila, říká Lazzi. Anténa také zůstala funkční, zatímco ji inženýři ohýbali, kroutili a skládali napůl; dokonce ho natáhli o dalších 40 procent nad jeho normální délku. Po uvolnění napětí se PDMS vrátil do původního tvaru.

Při změně délky antény jejím natažením však zařízení reaguje na různé frekvence rádiových vln. Natažením zařízení o osm milimetrů se jeho špičková odezva posunula o více než 200 megahertzů. Lazzi říká, že by to mohl být nový způsob, jak vyladit anténu nebo vytvořit kombinovanou anténu-senzor. Anténa, která je zabudována ve strojním zařízení nebo v betonové konstrukci, jako je most, by mohla časem sledovat napětí.

Měnič tvaru: Flexibilní anténa se skládá z tekutého kovu vstřikovaného do mikrokanálů v pružném polymeru.

Anténa z tekutého kovu by se při poškození mohla také sama zahojit. Když je slitina vystavena vzduchu, vytvoří tenký oxidovaný povlak, který zabraňuje volnému proudění. Dickey to věděl a prořízl anténu žiletkou, aby otestoval její schopnost léčit. Vrstva oxidu udržovala tekutý kov uvnitř PDMS, a jakmile byla břitva odstraněna, v mnoha případech dva konce spontánně přetvořily jeden vodivý drát. V ostatních případech museli vědci stlačit oddělené konce k sobě, aby znovu navázali spojení.

Dickey říká, že by bylo snadné hromadně vyrábět tento druh antény: celý list formulářů PDMS by se dal vyrobit najednou a poté rozřezat na jednotlivá zařízení. Výzkumníci také vyhodnocují další polymery, protože PDMS může interferovat s účinností některých forem antén, jako jsou smyčky, šroubovice nebo záplaty používané častěji v komunikačních zařízeních, jako jsou mobilní telefony a rádiové nebo televizní vysílače a přijímače. Kromě toho, říká Dickey, jiné polymery by mohly umožnit anténám, aby se natáhly ještě dále než PDMS, než se roztrhnou.

Vědci, kteří vyvíjejí flexibilní elektroniku, se zajímají o možnosti, které nová anténa otevírá. Je to opravdu chytrý způsob, jak vyřešit důležitý problém, řekněme John Rogers , profesor inženýrství na University of Illinois v Urabana-Champaign, který vyvíjí měkké materiály pro flexibilní a roztažnou elektroniku.

Juan Hinestroza , odborný asistent pro vědu o vláknech na Cornell University, přichází s myšlenkou začlenění antény Bluetooth nebo mobilních telefonů do oblečení. Kvůli flexibilitě bude mít zanedbatelný vliv na vlastnosti materiálu a anténa může zůstat nepovšimnuta pro pozorovatele a nositele, říká.

skrýt