EXAMEN
Récemment, le Massachusetts Institute of Technology en collaboration avec d'autres institutions de recherche pour développer les premiers signaux WiFi peut d'énergie entièrement flexible dans l'équipement d'alimentation électrique.
fond
Aujourd'hui, autour de nous toutes sortes de produits électroniques, tels que les téléphones intelligents, les ordinateurs portables, les appareils portables, etc., batterie presque inséparables. Cependant, la durée de vie de la batterie est limitée mais la vie de la batterie est limitée, vous devez être rechargées, les risques de sécurité et d'autres questions. Par conséquent, la batterie est devenue l'un des principaux facteurs qui influent sur la performance des produits électroniques modernes et de l'expérience utilisateur.
Pour cette raison, les scientifiques ont développé activement des produits électroniques pour se débarrasser du nouveau programme alimenté par batterie. Avant, il a également introduit un certain nombre de cas dans ce domaine pour tout le monde. Ensuite, regardons quelques cas classique:
(A) première invention de l'Université de Washington ne nécessite pas une batterie du téléphone, obtenir quelques microwatts d'énergie de l'environnement ou des signaux radio à la lumière, afin d'assurer l'appel téléphonique normal du monde.
(Source: Mark Stone / Université de Washington)
(B) l'Institut universitaire de Harvard pour les chercheurs en génie Biologiquement Inspirée Davis et John Paulson College of Engineering et sciences appliquées a créé une équipe de robot origamis sans piles, il peut fournir de l'énergie et contrôlé par un champ magnétique, sans fil étendre le mouvement complexe reproductible.
(Source: Université de Harvard Davis Institute)
institutions chercheurs (trois) Académie chinoise des sciences, Université de Chongqing, Georgia Institute of Technology, l'Université nationale de Taiwan de la science et de la technologie de l'équipe, dans l'art traditionnel papier découpé chinois inspirés, ont développé un style léger, coupe-papier nano-générateur triboélectrique (TENG), peut capter l'énergie du mouvement humain, les produits électroniques fournissent.
(Source: American Chemical Society)
(D) des chercheurs de l'Université du Michigan aux Etats-Unis pour mettre au point un dispositif flexible en composant ferroelectret nano-générateur (FENG) pour le dispositif électronique à l'énergie de capture du corps humain en mouvement.
(Source: Michigan State University)
innovation
Aujourd'hui, je veux vous présenter un nouveau progrès de la recherche pour les produits électroniques pour se débarrasser de la batterie pour tout le monde.
Récemment, le Massachusetts Institute of Technology en collaboration avec d'autres instituts de recherche (Université Polytechnique de Madrid, le US Army Research Laboratory, Madrid Carlos III University, Boston University, University of Southern California) peut développer la première énergie du signal WiFi en électricité totalement flexible dispositif qui peut alimenter l'électronique.
(Source: Christine Danilov)
Peut changer AC dans le dispositif électromagnétique DC est un « rectenna. » Publié dans « Nature (Nature) » papier journal, les chercheurs ont mis en évidence une nouvelle antenne redresseuse de type.
technologie
L'antenne redresseuse utilise une fréquence radio flexible (RF) l'antenne, un changement dans les ondes électromagnétiques de capture de forme d'onde à courant alternatif (y compris ceux de transmission de signaux Wi-Fi). Ensuite, cette antenne est connecté à un nouveau dispositif constitué de seulement quelques atomes d'épaisseur « semi-conducteur à deux dimensions. » Ce signal alternatif est transmis à la semi-conducteur, le semi-conducteur est converti en une tension continue et une tension CC peut être utilisé pour alimenter les circuits électroniques ou pour charger la batterie.
De cette manière, la batterie sans le dispositif capturé passivement le signal omniprésent Wi-Fi, et le convertit en une alimentation en courant continu utile. En outre, le dispositif est souple et peut « rouleau à rouleau (roll-to-roll) » procédé de préparation, qui peut couvrir une très grande surface.
Tous comptent sur l'élément rectenna appelé un « redresseur ». Cet élément signal d'entrée alternatif en une alimentation en courant continu. Antenne redresseuse silicium ou l'arséniure de gallium classique pour le redresseur. Ces matériaux peuvent être recouverts de bande WiFi, mais ils sont rigides. En dépit de l'utilisation de petits appareils en ces matières sont relativement peu coûteux, mais ils couvrent une grande surface, comme la surface de la paroi du bâtiment est trop élevé, le coût. Pendant longtemps, les chercheurs ont essayé de résoudre ces problèmes. Mais l'antenne flexible fonctionnent rarement en état aux basses fréquences, et ne peut pas capturer le signal et converti des fréquences gigahertz, cependant, les téléphones mobiles les plus courants et les signaux WiFi dans cette fréquence.
Afin de construire les redresseurs, les chercheurs utilisent un nouveau type de matériau à deux dimensions appelé « le disulfure de molybdène (MoS2) » est. Il épaisseur de seulement trois atomes, l'un des plus mince semi-conducteurs du monde. MoS2 peut être utilisé pour construire un composant semi-conducteur flexible, tel qu'un processeur.
Le microprocesseur mince et flexible en disulfure de molybdène (Source: Stefan Wachter / Université de Technologie de Vienne)
Ce faisant, l'aide d'un groupe de disulfure de molybdène comportement « étrange »: lorsque le contact de substances chimiques spécifiées, les atomes se réarranger la matière, se comporte comme un commutateur qui produit un matériau à changement de phase à partir du semi-conducteur au métal . Cette structure est également appelée « diodes Schottky », qui est formé avec un contact à semi-conducteur métal avec un « semi-conducteurs - jonction métallique » principe de faire.
Sur la base de l'antenne redresseuse souple MoS2 hétérostructure d'auto-aligné à deux dimensions (Source: La référence [2])
Le premier auteur du papier, génie électrique et informatique post-doctoral Xu Zhang (bientôt devenir professeur adjoint à l'Université Carnegie Mellon) a déclaré: « Par le MoS2 conçu comme un semi-conducteur à deux dimensions - jonction métallique, nous avons construit une mince atomique, ultra-haute vitesse des diodes Schottky, qui peuvent être synchronisés pour réduire la capacité parasite et de la résistance en série ".
Dans un dispositif électronique, une capacité parasite inévitable. Dans ce cas, une petite quantité de charge stockée dans le matériau spécifique, va ralentir le circuit. Ainsi, plus la capacité parasite, plus le redresseur est élevé, plus la fréquence de fonctionnement. capacité parasite de la diode Schottky chercheurs conçu, la capacité parasite que le redresseur de courant souple le plus avancé, un ordre de grandeur plus petite. Ainsi, le taux de conversion du signal plus rapide de ces diodes peuvent être collectées et converties signal sans fil de 10GHz.
Zhang a dit: « Cette conception apportera un dispositif complètement flexible, il peut couvrir la majeure partie de la bande de fréquences radio est à venir appareils électroniques que nous utilisons tous les jours, comme le WiFi, Bluetooth, LTE cellulaire et ainsi de suite. »
De "phase - noeud" MoS2 rectenna comme collecteur d'énergie de radiofréquence (Source: Référence [2])
Les chercheurs ont rapporté au travail pour la conversion du WiFi fournit un modèle pour d'autres dispositifs flexibles d'alimentation, ces dispositifs ont une grande puissance suffisamment souple et d'efficacité. La puissance d'entrée du signal sans fil, d'efficacité de courant de sortie maximale du dispositif est d'environ 40%. Dans un niveau de puissance WiFi typique, l'efficacité énergétique d'environ 30% redresseur MoS2. En revanche, le silicium et l'arséniure de gallium antenne redresseuse (constitué d'un matériau rigide de silicium plus coûteux et l'arséniure de gallium) actuellement préféré pour atteindre près de 50% à 60% d'efficacité.
valeur
Un co-auteur, Tomás Palacios Microsystems Technology Laboratory du Massachusetts Institute of Technology MIT / directeur de MTL et deux dimensions des dispositifs de graphène Systems Research Center, a déclaré: « Si nous avons développé un système électronique qui entourent le pont, ou couvrir toute la route ou couvrant les murs des bureaux et du renseignement électronique apporte tous les objets autour de nous, comment il? comment voulez-vous d'approvisionnement pour ces produits électroniques? nous vous proposons une nouvelle approche de ces futurs systèmes électroniques de puissance, à travers un espèces peuvent être un moyen simple de capturer une grande zone WiFi intégré d'énergie, ce qui porte l'intelligence à tous les objets autour de nous ".
Cette première demande rectenna scientifiques proposés comprennent dispositif souple et agréable à porter, équipements médicaux, alimentation du capteur « choses ». Par exemple, pour les grandes entreprises technologiques, un smartphone souple sera un nouveau marché chaud. Dans l'expérience, les chercheurs lorsque le dispositif est placé dans un environnement niveau de puissance du signal WiFi typique (environ 150 microwatts), qui peut générer une puissance de 40 microwatts. Cette puissance est suffisante pour allumer un affichage simple de déplacement, ou pour fournir de l'énergie pour la puce de silicium.
Coauteur, chercheur de l'Université polytechnique de Madrid Jesús Grajal dit qu'une autre solution possible consiste à alimenter les communications de données des dispositifs médicaux implantables. Par exemple, les chercheurs commencent à développer une pilule qui peut être avalée par le patient et les données de santé retour au diagnostic de l'ordinateur.
Grajal dit: « Idéalement, vous ne voudriez pas que ces systèmes à la puissance de la batterie, car si la fuite de la batterie au lithium, le patient peut mourir d'énergie de récolte de l'environnement, ce petit laboratoire dans le corps et un ordinateur externe. la communication des données pour fournir l'électricité, présente des avantages évidents ".
À l'heure actuelle, l'équipe envisage de construire des systèmes plus complexes et d'améliorer l'efficacité.
mot-clé
Semi-conducteur, matériau à deux dimensions, l'électronique flexible, technologie portable, réseauDocuments de référence
[1]
[2] Xu Zhang, Jesús Grajal, Jose Luis Vazquez-Roy, Ujwal Radhakrishna, Xiaoxue Wang, Winston Chern, Lin Zhou, Yuxuan Lin, Pin-Chun Shen, Xiang Ji, Xi Ling, Ahmad Zubair, Yuhao Zhang, Han Wang, Madan Dubey, Jing Kong, Mildred Dresselhaus et Tomás Palacios. Deux dimensions MoS2 permis rectenna flexible pour la récolte d'énergie sans fil Wi-Fi de bande . Nature, 2019 DOI: 10.1038 / s41586-019-0892-1
