ره‌آورد جدید پژوهشگران در دانشگاه دِرِکسل: آنتن‌هایی که اسپری می‌شوند!

تاریخ : 1397/7/13        نویسنده: مسعود بهرامی شرق
برچسب‌ها : حق اختراع Patent ، آنتن Antenna

واحد خبر mobile.ir : هر وسیله الکترونیکی برای برقراری ارتباط با دیگر وسیله‌ها، نیازمند آنتن است. در اغلب موارد نحوه عملکرد آنتن بر طراحی سخت‌افزار دستگاه تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، قاب پشتی در بسیاری از اسمارت‌فون‌های امروزی از جنس شیشه است زیرا شیشه عملکرد آنتن را بهبود می‌بخشد. حال تصور کنید تکنولوژی به قدری پیشرفت کند که آنتن‌ها در هر شکلی تولید شده و در هر جای دستگاه قابلیت تعبیه داشته باشند. شاید این امر کمی دور از ذهن به نظر برسد، ولی باید بگوییم شدنی‌ست. پژوهشگران دانشکده مهندسی دانشگاه درکسل اخیرا مقاله‌ای را منتشر کرده‌اند که نشان می‌دهد با ساخت آنتن از نوعی ماده خاص، می‌توان آن را روی دیوایس مورد نظر اسپری کرد!

Drexel University Sprayable Antennas Technology Overview

پژوهشگران در این پروژه تحقیقاتی، آنتن‌هایی را از جنس ماده‌ای فلزی به نام MXene تولید کردند. شکل اصلی این ماده پودر است، که البته در آب حل می‌شود. پس از حل کردن آن در آب و به تعلیق در آوردن آن در محلول، می‌توان MXene را روی محل مورد نظر اسپری کرد تا بلافاصله تبدیل به آنتن شود. در این حالت، آنتن به قدری نازک می‌شود که می‌توان عملا از ضخامت آن چشم‌پوشی کرد. در عین حال، ادعا شده که عملکرد این نوع آنتن، با آنتن‌های معمولی مورد استفاده در گوشی‌های موبایل، روترهای بی‌سیم و مبدل‌های قابل حمل (portable transducers)، تفاوتی ندارد.

دکتر کاپیل دانداکار (Kapil Dandakar)، استاد مهندسی برق و کامپیوتر و مدیر آزمایشگاه سیستم‌های بی‌سیم دانشگاه درکسل، یافته‌های این پژوهش را بسیار هیجان‌انگیز می‌داند، زیرا این نوع از تکنولوژی از پتانسیل بالایی برخوردار است. وی می‌افزاید: «توانایی اسپری کردن آنتن روی یک زیرلایه انعطاف‌پذیر و یا شفاف نمودن آن از لحاظ بصری، بدان معناست که ما می‌توانیم مکان‌های جدید فراوانی برای راه‌اندازی شبکه داشته باشیم – کاربردهای جدید و راه‌های نوینی برای جمع‌آوری داده وجود دارند که در حال حاضر حتی نمی‌توانیم آنها را تصور کنیم.»

طبق گزارش پژوهشگران دپارتمان علوم مواد و مهندسی در دانشکده مهندسی درکسل، از انحلال‌پذیری "کاربید تیتانیوم MXene" در آب به منظور تولید جوهر یا رنگ استفاده می‌شود. رسانایی فوق‌العاده این ماده (حتی اگر در در قالب پوششی بسیار نازک باشد) باعث می‌شود تا بتواند امواج رادیویی را انتقال داده و آنها را هدایت کند. لازم به ذکر است، کاربید به آن دسته‌ از ترکیب‌های شیمیایی اتلاق می‌شود که از کربن و یک عنصر با الکترونگاتیویته کمتر تشکیل شده باشد.

به گفته آسیا ساری‌چه‌وا (Asia Sarycheva)، داوطلب دکترای مؤسسه نانومواد درکسل و عضو این تیم پژوهشی، یافته‌های پژوهش حاضر حاکی از آنند که حتی آنتن‌های شفاف (با ضخامتی معادل ده‌ها نانومتر) هم به شکلی مؤثر توانایی برقراری ارتباط داشتند. وی افزود: «با افزایش ضخامت تا 8 میکرون، عملکرد آنتن MXene به 98 درصد از حداکثر ارزشی که برایش پیش‌بینی شده بود، دست یافت.»

Drexel University Sprayable Antennas Technology Overview

حفظ کیفیت انتقال داده با این درجه از نازکی، نکته بسیار چشمگیر و قابل توجهی‌ست زیرا زمینه آن را فراهم می‌کند تا بتوان این گونه آنتن‌ها را به‌راحتی در طیف وسیعی از اجسام و سطوح، تعبیه – یا به عبارت دقیق‌تر، اسپری – نمود، بدون آنکه وزن یا مجموعه مدارهای آن افزایش یابد و یا اینکه به سطح معینی از استحکام نیاز داشته باشد.

به گفته دندکار، این تکنولوژی می‌تواند یکپارچه‌سازی بی‌نقص آنتن‌ها با دیوایس‌هایی که همه روزه با آنها سروکار داریم را به معنی واقعی کلمه، محقق کند. این امر، به ویژه برای پدیده نوظهور اینترنت اشیاء، از اهمیت بالایی برخوردار است. پژوهشگران زمان زیادی را صرف کار با مواد غیر متعارف کرده و سعی آنها در این زمینه بود تا بفهمند تکنولوژی تولید، کجا نیازهای سیستم را بر طرف می‌کند. اما مطمئنا این تکنولوژی پاسخ به برخی از سؤالات دشواری که سال‌ها درگیر آنها بوده‌ایم را راحت‌تر خواهد کرد.

تست‌های اولیه نشان می‌دهد که عملکرد آنتن‌های اسپری شده MXene از لحاظ کیفی با آنتن‌های کنونی – که از جنس طلا، نقره، مس و آلومینیوم بوده و به مراتب ضخیم‌تر هستند – تفاوتی ندارد. ساخت آنتن‌های کوچک‌تر و سبک‌تر از جمله اهدافی‌ست که دانشمندان علم مواد و مهندسین برق، سال‌ها در پی رسیدن به آن بوده‌اند، لذا کشف اخیر – چه از لحاظ کاهش اندازه آنتن و چه از نظر تنوع‌بخشی به کاربردهای آن – گام بلندی به جلو محسوب می‌شود.

دکتر یوری گوگوتسی (Yury Gogotsi)، مدیر مؤسسه نانومواد درکسل، کسی‌ست که این پروژه را آغاز و آن را راهبری نمود. وی بر این باور است که علی‌رغم ده‌ها سال تلاش در زمینه تحقیق و توسعه برای بهبود عملکرد آنتن‌های فلزی، روش‌های کنونی ساخت فلز نمی‌تواند نازکی آنتن‌ها را به حدی برساند که روی هر سطحی قابل اجرا باشند. وی می‌گوید: «ما به دنبال نانومواد دوبعدی بودیم که ضخامت ورقه‌ای آن حدود صد هزار بار نازک‌تر از یک تار موی انسان باشد (تنها چند اتم در عرض) و بتواند در هنگام نشست روی هر سطحی، خود را در قالب لایه‌های رسانا آرایش دهد. از این رو، ما MXene را به عنوان گزینه‌ای برای آنتن‌های فوق نازک انتخاب کردیم، که یک ماده کاربید تیتانیوم دو بعدی بوده، قدرتمندتر از فلز است و از لحاظ فلزی رساناست.»

پژوهشگران درکسل برای نخستین بار در سال 2011 بود که خانواده مواد MXene را کشف نمودند. از آن زمان تاکنون، محققان به دنبال پی بردن به خواص و ویژگی‌های این مواد بوده و کاربردهای احتمالی آن را بررسی کرده‌اند. این ماده دو بعدیِ لایه‌بندی شده – که در یک فرآیند شیمیایی مرطوب ساخته می‌شود – قبلا پتانسیل‌های خود را در حوزه‌های متعددی نشان داده است که از آن جمله می‌توان به دیوایس‌های ذخیره انرژی، محافظت الکترومغناطیسی، فیلتر کردن آب، سنجش شیمیایی، تقویت ساختاری و جداسازی گازها اشاره کرد.

Drexel University Sprayable Antennas Technology Overview

طبیعتا مواد MXene را با مواد دو بعدی مثل گرافین مقایسه می‌کنند که در سال 2010 موفق به کسب جایزه نوبل فیزیک شد و در صنعت به عنوان ماده‌ای برای ساخت آنتن‌های قابل چاپ، مورد مطالعه و کاوش قرار گرفته است. در مقاله منتشر شده از سوی تیم پژوهشی درکسل، محققین این پروژه، آنتن‌های قابل اسپری شدن را با انواع مختلفی از آنتن‌های ساخته شده از گرافین، جوهر نقره و نانوتیوب‌های کربنی، مقایسه می‌کنند. طبق یافته‌های این پژوهش، آنتن‌های ساخته شده از MXene – از لحاظ حفظ کیفیت انتقال امواج رادیویی – در مقایسه با آنتن‌های گرافینی 50 برابر و نسبت به آنتن‌های ساخته شده از جوهر نقره 300 برابر بهتر عمل کرده‌اند.

دکتر بابک عناصری (Babak Anasori)، استادیار مؤسسه نانومواد درکسل، ضمن اذعان به عملکرد بهتر آنتن‌های MXene نسبت به آنتن‌های فلزی، گفت: «ما از عملکرد آنتن‌های نانومواد موجود فراتر رفتیم، در حالی که ضخامت آنتن را خیلی پایین نگه داشتیم. نازک‌ترین آنتن 62 نانومتر بود (حدود هزار بار نازک‌تر از یک ورق کاغذ) و تقریبا شفاف بود.» عناصری در ادامه به این موضوع اشاره کرد که بر خلاف دیگر روش‌های ساخت نانومواد – که نیازمند افزودن گیره یا binder بوده و به مراحل حرارت‌دهی اضافه برای تف‌جوشیِ نانوذرات به یکدیگر احتیاج دارد – ما آنتن‌ها را در یک مرحله و آن هم با اسپری کردن جوهر MXene (بر پایه آب) ساختیم.

در نخستین گام، گروه پژوهشی این جوهر آنتن را روی یک زیرلایه زبر و خشن – یعنی کاغذ سلولزی – و همچنین یک زیرلایه نرم – یعنی ورقه‌های پلی‌اتیلن ترفتالات – آزمایش کرد. مرحله بعدی کار آن است که بهترین روش‌ها برای به کار بردن این آنتن در طیف گسترده‌ای از سطوح بررسی شود؛ از شیشه گرفته تا الیاف و پوست. عناصری در پایان به این نکته اشاره کرد که تحقیقات بیشتر درباره استفاده از مواد به دست آمده از خانواده MXene در حوزه ارتباطات بی‌سیم، ممکن است منجر به ساخت دیوایس‌های الکترونیکی تماما شفاف و یا دیوایس‌های پوشیدنی ارتقایافته‌ای شود که از سبک زندگی فعالی که هم‌اکنون آن را تجربه می‌کنیم، پشتیبانی کند. به گفته عناصری، دانشگاه درکسل این اختراع را به نام خود ثبت کرده و لذا ممکن است در آینده شاهد تولید دیوایس‌هایی باشیم که با این تکنولوژی وارد بازار می‌شوند.  

منبع : Drexel University

تبلیغات

تبلیغات

سايمان ديجيتال
ایسام