Développement d'une rectenne 2D unique avec une diode Schottky de MoS 2 avec une épaisseur de seulement trois atomes
Les ingénieurs ont depuis longtemps appris à extraire l'énergie d'un signal radio. Pour cela, des
rectènes (antennes redresseuses) sont utilisées qui convertissent l'énergie du champ d'ondes électromagnétiques en énergie de courant continu. L'option la plus simple peut être un vibrateur demi-onde, entre les épaules duquel une diode est installée.
Les ingénieurs du Massachusetts Institute of Technology ont proposé une
nouvelle conception de rectène MoS 2 qui offre plusieurs avantages. Tout d'abord, c'est une structure plate avec une épaisseur de seulement trois atomes, elle est flexible, contrairement aux redresseurs sur silicium et arséniure de gallium. Deuxièmement, le sulfure de molybdène est beaucoup moins cher. Et surtout, une rectenne flexible est alimentée par un rayonnement électromagnétique avec une fréquence allant jusqu'à 10 GHz et
fonctionne très bien dans la plage Wi-Fi , c'est-à-dire de 2,4 à 5,9 GHz. Il délivre environ 40 microwatts. Pas beaucoup, mais assez pour une LED ou une simple puce.
La transmission d'énergie par micro-ondes sur de longues distances est une technologie indispensable dans certaines régions. Par exemple, les scientifiques envisagent de l'utiliser pour
accélérer un ascenseur spatial et pour
transférer vers le bas l'énergie collectée par les panneaux solaires en orbite . Mais il y a aussi une application banale. Par exemple, des capteurs miniatures et d'autres appareils de l'Internet des objets peuvent fonctionner pendant des années sans batterie intégrée ou autre source d'alimentation physique, recevant simplement l'énergie d'un signal radio.
Les appareils IoT peuvent extraire le courant des ondes radio environnantes à des fréquences arbitraires, notamment WiFi, Bluetooth, LTE et bien d'autres. Des redresseurs et des redresseurs au silicium et au gallium avec une efficacité allant jusqu'à 50 à 60% ont déjà été développés. Dans une nouvelle rectenna MoS
2 , l'efficacité ne dépasse généralement pas 30%, mais la technologie est encore assez intéressante.
Comme le montre l'illustration ci-dessous, l'appareil utilise
une diode Schottky . Il imite les propriétés de la transition métal-semi-conducteur, jusqu'alors utilisée dans les rectens. De ce fait, la
capacité parasite est minimisée et la conversion est accélérée d'un ordre de grandeur, c'est-à-dire que le redresseur peut traiter des ondes à des fréquences beaucoup plus élevées: jusqu'à 10 et même 12 GHz. Auparavant, cela n'était pas possible avec des redresseurs flexibles.
Electronique 2D
L'électronique flexible
peut être utilisée dans des domaines complètement nouveaux : en fait, c'est un film invisible dans lequel se transforme n'importe quel gadget. Comme l'écrivent les auteurs de l'invention, les objets ordinaires du quotidien «se transforment en un réseau intelligent de capteurs répartis». Un tel film électronique peut couvrir les murs des pièces (comme le papier peint), les bâtiments, les ponts, les routes, peu importe,
explique l'ingénieur Thomas Palacios du Center for Graphene Instruments and 2D Systems du MIT Microsystems Technology Laboratory.
Ces dernières années, un certain nombre de composants importants d'un tel réseau ont été développés, notamment des
transistors, des capteurs, des dispositifs de mémoire . Tout ce qui était nécessaire était une source d'énergie bidimensionnelle efficace. Maintenant, il l'est. Comme déjà mentionné, cette rectenne fonctionne un ordre de grandeur plus rapidement que
les redresseurs plats existants , donc pour la première fois il est devenu possible d'extraire de l'énergie d'un signal Wi-Fi. Selon les scientifiques, ces alimentations universelles conviennent parfaitement à l'intégration avec divers systèmes électroniques.
Un appareil à énergie sans fil est mieux adapté aux implants médicaux, ainsi qu'aux
capteurs avalés qui fonctionnent à l'intérieur du corps humain: "Idéalement, vous ne voulez pas installer de piles dans de tels systèmes, car si le lithium fuit, le patient peut mourir",
explique l' ingénieur Jesus Grahal de Université technique de Madrid, l'un des développeurs de la nouvelle rectenna. «Il est bien préférable de collecter l'énergie de l'environnement afin d'alimenter ces petits laboratoires dans le corps et de transférer des données vers des ordinateurs externes.»
L'équipe travaille actuellement à la création de systèmes plus grands et à l'augmentation de l'efficacité de la rectenne. L'article scientifique a été
publié le 28 janvier 2019 dans la revue
Nature .
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