과학자들은 공중에서 Wi-Fi를 수확하여 휴대 전화를 충전 할 수있는 초박형 '시트'를 만듭니다.

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과학자들은 공중에서 Wi-Fi를 수확하여 휴대 전화를 충전 할 수있는 초박형 '시트'를 만듭니다.

Good News Network-2019 년 1 월 29 일
크리스틴 다닐 로프 / MIT 뉴스

새로운 2D 재료로 Wi-Fi 신호를 전기로 변환
유연하고 저렴한 재료로 만든 장치는 대 면적 전자 장치, 웨어러블 장치, 의료 장치 등에 전력을 공급할 수 있습니다.
Rob Matheson 작성
MIT 뉴스

스마트 폰, 랩톱, 웨어러블 및 기타 전자 제품에 배터리없이 전원이 공급되는 세상을 상상해보십시오. MIT와 다른 곳의 연구원들은 WiFi 신호의 에너지를 우리의 전자 제품에 전력을 공급할 수있는 전기로 변환 할 수있는 최초의 완전 유연한 장치를 통해 그 방향으로 한 걸음 내딛었습니다.

AC 전자기파를 DC 전기로 변환하는 장치를 '렉 테나'라고합니다. 에 새로 게시 된 연구에서 자연,연구원들은 WiFi를 포함하는 전자파를 AC 파형으로 포착하는 전자기파를 포착하는 유연한 RF 안테나를 사용하는 새로운 종류의 렉 테나를 시연했습니다.

그런 다음 안테나는 단지 몇 원자 두께의 2 차원 반도체로 만들어진 새로운 장치에 연결됩니다. AC 신호는 반도체로 이동하여 전자 회로에 전력을 공급하거나 배터리를 재충전하는 데 사용할 수있는 DC 전압으로 변환합니다.

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이런 방식으로 배터리가없는 장치는 수동으로 유비쿼터스 WiFi 신호를 유용한 DC 전원으로 캡처하고 변환합니다. 또한,이 장치는 유연하며 롤 투 롤 공정으로 제작되어 매우 넓은 영역을 커버 할 수 있습니다.

'교량을 감싸거나 전체 고속도로 또는 사무실 벽을 덮고 우리 주변의 모든 것에 전자 지능을 제공하는 전자 시스템을 개발할 수 있다면 어떨까요? 그런 전자 제품에 어떻게 에너지를 공급합니까? ' MIT의 전기 공학 및 컴퓨터 과학과의 교수 인 Tomás Palacios 교수는 종이 공동 저자라고 말합니다.

'우리는 WiFi 에너지를 넓은 지역에 쉽게 통합되는 방식으로 수확하여 미래의 전자 시스템에 전력을 공급하는 새로운 방법을 개발하여 주변의 모든 물체에 정보를 제공합니다.'

실험에서 연구원의 장치는 일반적인 전력 레벨의 WiFi 신호 (약 150 마이크로 와트)에 노출 될 때 약 40 마이크로 와트의 전력을 생산할 수 있습니다. 그것은 LED를 밝히거나 실리콘 칩을 구동하기에 충분한 전력 이상입니다.

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제안 된 렉 테나에 대한 유망한 초기 응용 분야에는 유연하고 착용 가능한 전자 장치, 의료 기기 및 '사물 인터넷'을위한 센서에 전원을 공급하는 것이 포함됩니다. 예를 들어, 유연한 스마트 폰은 주요 기술 회사의 새로운 시장입니다.

강한 유연한 금속

마드리드 테크니컬 대학 (University University of Madrid)의 공동 저자 인 제수 스 그라 잘 (Jesús Grajal)은 또 다른 가능한 응용 분야는 이식 형 의료 기기의 데이터 통신에 전력을 공급한다고 말했다. 예를 들어, 연구자들은 환자가 삼킬 수있는 알약을 개발하고 진단을 위해 건강 데이터를 컴퓨터로 다시 스트리밍하기 시작했습니다.

Grajal은“이상적으로 리튬을 누출하면 환자가 사망 할 수 있기 때문에 배터리를 사용하여 이러한 시스템에 전력을 공급하고 싶지는 않습니다. '체내의 작은 실험실에 전원을 공급하고 외부 컴퓨터와 데이터를 통신하기 위해 환경에서 에너지를 수확하는 것이 훨씬 좋습니다.'

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모든 정류기는 AC 입력 신호를 DC 전원으로 변환하는 '정류기'라는 구성 요소에 의존합니다. 기존의 정류기는 정류기에 실리콘 또는 갈륨 비소를 사용합니다. 이 자료는 WiFi 대역을 덮을 수 있지만 단단합니다. 또한, 이러한 재료를 사용하여 소형 장치를 제조하는 것은 비교적 저렴하지만, 건물 및 벽의 표면과 같은 광대 한 영역을 덮기 위해 이러한 재료를 사용하는 것은 비용이 많이 든다. 연구원들은 이러한 문제를 오랫동안 해결하려고 노력해 왔습니다. 그러나 지금까지보고 된 몇몇 유연한 렉 테나는 저주파에서 작동하며 대부분의 관련 휴대 전화 및 WiFi 신호가있는 기가 헤르츠 주파수의 신호를 캡처 및 변환 할 수 없습니다.

정류기를 구축하기 위해 연구진은 몰리브덴 디설파이드 (MoS2)라는 새로운 2D 재료를 사용했는데, 이는 3 개의 원자 두께로 세계에서 가장 얇은 반도체 중 하나입니다. 이 과정에서 팀은 MoS2의 단일 행동을 활용했다. 특정 화학 물질에 노출되면 물질의 원자는 스위치처럼 작용하여 반도체에서 금속 물질로의 상 전이를 강제하는 방식으로 재 배열된다. 결과적인 구조는 쇼트 키 다이오드 (Schottky diode)로 알려져 있으며, 이는 반도체와 금속의 접합부이다.

최초의 저자이자 EECS postdoc Xu Zhang은“MoS2를 2 차원 반도체-금속 위상 접합으로 엔지니어링함으로써 직렬 저항과 기생 커패시턴스를 동시에 최소화하는 원자 적으로 얇고 초고속 쇼트 키 다이오드를 만들었습니다.

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기생 커패시턴스는 특정 재료가 약간의 전하를 저장하여 회로를 느리게하는 전자 장치에서 피할 수없는 상황입니다. 따라서 커패시턴스가 낮을수록 정류기 속도가 증가하고 작동 주파수가 높아집니다. 연구원의 쇼트 키 다이오드의 기생 커패시턴스는 오늘날의 최신 플렉시블 정류기보다 수십 배 작으므로 신호 변환시 훨씬 빠르며 최대 10 기가 헤르츠의 무선 신호를 캡처하고 변환 할 수 있습니다.

Zhang은“이러한 설계 덕분에 WiFi, Bluetooth, 셀룰러 LTE 등을 포함한 일상적인 전자 장치에서 사용하는 대부분의 무선 주파수 대역을 충분히 빠르게 처리 할 수있는 완전 유연한 장치가 가능해졌습니다.

보고 된 작업은 다른 유연한 WiFi-to-electricity 장치에 대한 청사진을 제공하여 상당한 출력과 효율성을 제공합니다. WiFi의 입력 전원에 따라 현재 장치의 최대 출력 효율은 40 %입니다. 일반적인 WiFi 전력 수준에서 MoS2 정류기의 전력 효율은 약 30 %입니다. 참고로, 오늘날의 강성, 고가의 실리콘 또는 갈륨 비소로 만든 렉 테나는 약 50 ~ 60 %를 달성합니다.

이 팀은 이제 더 복잡한 시스템을 구축하고 효율성을 향상시킬 계획입니다.

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