Entwicklung einer einzigartigen 2D-Rectenna mit einer Schottky-Diode aus MoS 2 mit einer Dicke von nur drei Atomen
Ingenieure haben lange gelernt, wie man einem Funksignal Energie entzieht. Hierzu werden
Gleichrichter (Gleichrichterantennen) eingesetzt, die die Energie des elektromagnetischen Wellenfeldes in Gleichstromenergie umwandeln. Die einfachste Option kann ein Halbwellenvibrator sein, zwischen dessen Schultern eine Diode installiert ist.
Ingenieure am Massachusetts Institute of Technology haben ein
neues MoS 2 -Recten-Design vorgeschlagen , das mehrere Vorteile bietet. Erstens ist es eine flache Struktur mit einer Dicke von nur drei Atomen, es ist flexibel im Gegensatz zu Gleichrichtern auf Silizium und Galliumarsenid. Zweitens ist Molybdänsulfid viel billiger. Und am wichtigsten ist, dass eine flexible Rectenna mit elektromagnetischer Strahlung mit einer Frequenz von bis zu 10 GHz betrieben wird und
im Wi-Fi-Bereich , dh von 2,4 bis 5,9 GHz, einwandfrei
funktioniert . Es liefert ca. 40 Mikrowatt. Nicht viel, aber genug für eine LED oder einen einfachen Chip.
Die Mikrowellenübertragung von Energie über große Entfernungen ist in einigen Bereichen eine unverzichtbare Technologie. Zum Beispiel sprechen Wissenschaftler davon, damit
einen Weltraumaufzug zu
beschleunigen und
die von Sonnenkollektoren im Orbit gesammelte Energie nach
unten zu
übertragen . Es gibt aber auch eine banale Anwendung. Beispielsweise können Miniatursensoren und andere Geräte des Internet der Dinge jahrelang ohne eingebaute Batterie oder andere physische Energiequelle funktionieren und einfach Energie von einem Funksignal empfangen.
IoT-Geräte können Strom aus umgebenden Funkwellen mit beliebigen Frequenzen extrahieren, einschließlich WiFi, Bluetooth, LTE und vielen mehr. Es wurden bereits Silizium- und Galliumrektene und -gleichrichter mit einem Wirkungsgrad von bis zu 50-60% entwickelt. In einer neuen MoS
2- Rectenna überschreitet der Wirkungsgrad normalerweise nicht 30%, aber die Technologie ist immer noch sehr interessant.
Wie in der folgenden Abbildung gezeigt, verwendet das Gerät
eine Schottky-Diode . Es ahmt die Eigenschaften des Metall-Halbleiter-Übergangs nach, der bisher in Rektenen verwendet wurde. Aufgrund dessen wird die
parasitäre Kapazität minimiert und die Umwandlung um eine Größenordnung beschleunigt, dh der Gleichrichter kann Wellen mit viel höheren Frequenzen verarbeiten: bis zu 10 und sogar 12 GHz. Bisher war dies mit flexiblen Gleichrichtern nicht möglich.
2D-Elektronik
Flexible Elektronik
kann in völlig neuen Bereichen eingesetzt werden : Tatsächlich handelt es sich um einen unsichtbaren Film, in den sich jedes Gerät verwandelt. Wie die Autoren der Erfindung schreiben, verwandeln sich gewöhnliche Alltagsgegenstände in ein intelligentes verteiltes Sensornetzwerk. Ein solcher elektronischer Film kann die Wände von Räumen (wie Tapeten), Gebäuden, Brücken, Straßen usw. abdecken,
sagt Ingenieur Thomas Palacios vom Zentrum für Grapheninstrumente und 2D-Systeme im MIT Microsystems Technology Laboratory.
In den letzten Jahren wurde eine Reihe wichtiger Komponenten eines solchen Netzwerks entwickelt, darunter
Transistoren, Sensoren und Speichervorrichtungen . Alles, was benötigt wurde, war eine effektive zweidimensionale Energiequelle. Jetzt ist er es. Wie bereits erwähnt, arbeitet diese Rectenna eine Größenordnung schneller als
vorhandene Flachgleichrichter , sodass erstmals Energie aus einem Wi-Fi-Signal gewonnen werden konnte. Laut Wissenschaftlern eignen sich solche universellen Netzteile gut für die Integration in verschiedene elektronische Systeme.
Ein Gerät mit drahtloser Energie eignet sich besser für medizinische Implantate sowie für
verschluckte Sensoren , die im menschlichen Körper arbeiten: „Idealerweise möchten Sie keine Batterien in solche Systeme einlegen, da der Patient sterben kann, wenn Lithium austritt“,
sagt Ingenieur Jesus Grahal von Technische Universität Madrid, einer der Entwickler der neuen Rectenna. "Es ist weitaus besser, Energie aus der Umwelt zu sammeln, um diese kleinen Labors im Körper mit Strom zu versorgen und Daten an externe Computer zu übertragen."
Das Team arbeitet derzeit an der Entwicklung größerer Systeme und der Steigerung der Effektivität der Rectenna. Der wissenschaftliche Artikel wurde am 28. Januar 2019 in der Zeitschrift
Nature veröffentlicht .
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