Le nuove antenne così sottili da poter essere spruzzate in posizione sono anche abbastanza robuste da fornire un segnale forte a larghezze di banda che verranno utilizzate dai dispositivi mobili di quinta generazione (5G). Risultati prestazionali per le antenne, che sono fatti da un nuovo tipo di materiale bidimensionale chiamato MXene, sono stati recentemente segnalati dai ricercatori della Drexel University e potrebbero avere ramificazioni per i dispositivi mobili, tecnologia "Internet delle cose" indossabile e connessa.

Le antenne MXene, che sono in sviluppo in Drexel da poco più di due anni, stanno già funzionando quasi come le antenne in rame presenti nella maggior parte dei dispositivi mobili oggi sul mercato, ma con il vantaggio di essere solo una frazione del loro spessore e peso.

"Questa combinazione di prestazioni di comunicazione con estrema magrezza, flessibilità e durata stabiliscono un nuovo standard per la tecnologia delle antenne, " ha detto Yury Gogotsi, dottorato di ricerca, Distinguished University e professore di Bach of Materials Science and Engineering presso il Drexel's College of Engineering, chi è l'autore principale di un articolo sulle antenne MXene recentemente pubblicato sulla rivista Materiale avanzato . "Mentre le antenne in rame sono state le migliori in termini di prestazioni per un po' di tempo, i loro limiti fisici hanno impedito alla tecnologia connessa e mobile di fare i grandi passi avanti che molti avevano previsto. Grazie alla loro serie unica di caratteristiche, le antenne MXene potrebbero svolgere un ruolo abilitante nello sviluppo della tecnologia IoT".

Mentre le società di comunicazioni mobili sono attualmente sul punto di introdurre la tecnologia 5G, che potrebbe sfruttare una porzione meno utilizzata dello spettro delle telecomunicazioni per consentire una trasmissione dei dati più rapida, probabilmente diventerà la gamma operativa standard per la nuova tecnologia.

Oltre a raggiungere le capacità di prestazione, le antenne per i dispositivi del futuro devono anche essere in grado di inserirsi bene in una varietà di ambienti al di fuori dei circuiti stampati di telefoni e computer. Secondo Gogotsi, questo rende MXene un materiale interessante per le nuove antenne perché può essere applicato a spruzzo, serigrafato o stampato a getto d'inchiostro su quasi tutti i supporti e rimane flessibile senza sacrificare le prestazioni.

"Generalmente gli array di antenne in rame sono prodotti incidendo circuiti stampati, questo è un processo difficile da intraprendere su un substrato flessibile, " disse Meikang Han, dottorato di ricerca, un ricercatore post-dottorato presso l'A.J. Drexel Nanomaterials Institute che ha contribuito alla ricerca."Ciò pone MXene in netto vantaggio perché si disperde in acqua per produrre un inchiostro, che può essere spruzzato o stampato su pareti di edifici o substrati flessibili per creare antenne".

Nella carta, Gogotsi e i suoi collaboratori, compreso il professor Gary Friedman, dottorato di ricerca, e Kapil Dandekar, dottorato di ricerca, E. Warren Colehower Professore cattedra del dipartimento di ingegneria elettrica e informatica del Drexel's College of Engineering, riferito sulle prestazioni di tre serie di antenne MXene rivestite con spray, che erano tra 7-14 volte più sottili e 15-30 volte più leggere di un'antenna di rame simile, persino più sottile di una mano di vernice. Hanno testato le antenne sia in laboratorio che in ambienti aperti per misurare le prestazioni chiave dell'efficienza con cui l'antenna converte la potenza in onde dirette:guadagno, efficienza e direttività della radiazione. E hanno fatto i test alle tre frequenze radio comunemente usate per le telecomunicazioni, incluso uno nella frequenza di funzionamento target per i dispositivi 5G.

In ogni caso, le antenne MXene si sono comportate entro il 5% percento delle antenne in rame, con prestazioni crescenti con lo spessore dell'antenna. La migliore antenna patch MXene, circa un settimo dello spessore delle antenne standard in rame, era il 99% più efficiente di un'antenna in rame operante a una frequenza di 16,4 GHz in un ambiente aperto. Gli MXene erano anche efficaci al 98% rispetto alle loro controparti in rame che operavano nella larghezza di banda 5G.

Le loro prestazioni hanno superato quelle di molti altri nuovi materiali presi in considerazione per le antenne, compreso inchiostro d'argento, nanotubi di carbonio e grafene. E, significativamente, questi numeri di prestazioni non hanno rinunciato quando le antenne MXene sono state sottoposte a ben 5, 000 cicli di piegatura:un marchio di durata che supera di gran lunga i suoi materiali simili.

"La scalabilità e la sostenibilità ambientale di MXene nella produzione è stata ben consolidata, per questo materiale raggiungere oggi obiettivi prestazionali al passo con i migliori materiali oggi sul mercato è sicuramente uno sviluppo significativo, " Ha detto Gogotsi. "Mentre continuiamo a testare vari modelli e tecniche di rivestimento, ottimizzando ulteriormente la composizione dei materiali MXene, Mi aspetto che le loro prestazioni continuino a migliorare".