Ascolta la parola "antenna" e potresti pensare alle orecchie di coniglio sulla parte superiore di una vecchia TV o al cavo che capta i segnali radio per un'auto. Ma un'antenna può essere molto più piccola, persino invisibile. Non importa la sua forma o dimensione, un'antenna è fondamentale per la comunicazione, trasmissione e ricezione di segnali radio tra dispositivi. Poiché l'elettronica portatile diventa sempre più comune, le antenne devono, pure.

monitor indossabili, vestiti intelligenti flessibili, i sensori industriali e i sensori medici saranno molto più efficaci se le loro antenne sono leggere e flessibili, e possibilmente anche trasparenti. Noi e i nostri collaboratori abbiamo sviluppato un tipo di materiale che offre molte più opzioni per collegare le antenne ai dispositivi, inclusa la verniciatura a spruzzo su pareti o vestiti.

Il nostro laboratorio di scienza dei materiali si concentra sui nanomateriali, che sono più di 100, 000 volte più sottile di un capello umano. Nel 2011, i ricercatori del dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali della Drexel University hanno sviluppato un modo per combinare i metalli con atomi di carbonio o azoto per creare un materiale dello spessore di pochi atomi, molto forte e bravo a condurre l'elettricità. Chiamiamo questi materiali MXenes (pronunciato "maksens"), e possiamo realizzarli con diversi metalli – compreso il titanio, molibdeno, vanadio e niobio.

Il nostro lavoro più recente ha identificato che la miscelazione di MXenes con acqua ci consente di spruzzare antenne su qualsiasi superficie, incluso un muro di mattoni o una finestra di vetro e persino utilizzare un getto d'inchiostro per stampare un'antenna su carta. Questo crea nuove opportunità per i più piccoli, accendino, antenne più flessibili per accompagnare dispositivi realizzati anche con materiali più vari e versatili.

Le antenne non sono ancora dappertutto

Gli orologi intelligenti e i portachiavi elettronici per auto potrebbero sembrare avanzati, ma i ricercatori stanno lavorando su molte più opzioni, compresi i camici ospedalieri in grado di rilevare la frequenza cardiaca e respiratoria dei pazienti, e punti che monitorano la guarigione dopo l'intervento chirurgico. Avranno bisogno anche di antenne, che sono sterili, flessibile, resistente e persino lavabile in lavatrice.

Un altro tipo di antenna si sta facendo strada nel mondo, pure. Molte carte di credito e di debito, così come passaporti statunitensi, contengono i cosiddetti tag RFID, minuscoli chip elettronici che trasportano informazioni identificative e le trasmettono a sensori che convalidano le transazioni o certificano l'identità del vettore del documento.

I tag RFID sono ancora più comunemente usati nell'industria, monitoraggio dei componenti nei processi di produzione, singole scatole e contenitori in grandi spedizioni e persino il controllo dell'accesso dei lavoratori a specifiche aree di un ufficio o di una fabbrica.

Una vasta gamma di usi

Dalla scoperta di Drexel nel 2011 di MXenes, ricercatori di tutto il mondo hanno testato come funzionano in una varietà di compiti. Alcuni dei primi successi hanno incluso dispositivi di accumulo di energia, schermatura contro le interferenze elettromagnetiche, filtrazione dell'acqua, rilevamento chimico, rinforzo strutturale, trattamento del cancro e separazione dei gas.

Tutti questi approcci sfruttano le proprietà fisiche ed elettriche degli MXene:sono trasparenti alla luce, elettronicamente conduttivo, chimicamente stabile e forte.

Spruzzatura semplice

Abbiamo esplorato come utilizzare un altro attributo fisico che i MXene hanno:amano l'acqua. Quando mescoliamo fogli di carburo di titanio bidimensionale MXene con acqua, otteniamo un inchiostro a base d'acqua stabile. Possiamo spruzzare o stampare quell'inchiostro su qualsiasi superficie, e quando l'acqua evapora, ciò che rimane sono strati di MXene:un'antenna MXene.

Quando lo facciamo con un MXene al carburo di titanio, l'antenna risultante è molto brava a trasmettere e dirigere le onde radio, anche quando viene applicato in uno strato molto sottile. I nostri test iniziali suggeriscono che può funzionare come le antenne più comunemente usate in oro, d'argento, rame o alluminio. E poiché è molto più sottile, un'antenna MXene può essere efficace in spazi troppo piccoli per altri materiali per antenne, anche piccoli come un millesimo dello spessore di un foglio di carta.

Confronto con altre antenne

Quando abbiamo realizzato antenne MXene leggermente più spesse - più simili a un decimo dello spessore di un pezzo di carta - potrebbe ancora superare le prestazioni delle antenne fatte di altre antenne basate su nanomateriali ad alta tecnologia, compresi i nanotubi di carbonio, grafene e inchiostro nano-argento.

Inoltre, le antenne MXene erano molto più facili da realizzare. Altri processi di fabbricazione di nanomateriali richiedono la miscelazione degli ingredienti elettronicamente capaci con altri materiali per aiutarli ad aderire l'uno all'altro, e riscaldandoli tutti insieme per rafforzare le loro interconnessioni. Le nostre antenne MXene sono realizzate in due passaggi:mescolare i MXene con acqua, e spruzzarlo con un aerografo.

Ciò significa che le antenne potrebbero essere spruzzate con l'aerografo quasi ovunque, da quasi chiunque, per quasi tutti gli scopi. Questo nuovo tipo di materiale apre un'ampia gamma di nuove possibilità per i dispositivi elettronici che possono essere ovunque e comunicare in modo efficace.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.