211service.com
Deze antenne buigt maar breekt niet!
Ingenieurs van de North Carolina State University hebben een zeer efficiënte, flexibele en zelfherstellende antenne gemaakt met behulp van een metaallegering die bij kamertemperatuur vloeibaar is.
Oprollen: De antenne blijft werken, ook als deze is ingeklapt.
De meeste materialen die in elektronische apparaten worden gebruikt, zijn broos, onbuigzaam en vatbaar voor beschadiging, inclusief het koper dat het meest wordt gebruikt om antennes te maken. De nieuwe vloeibaar-metaalantenne zou het gemakkelijker kunnen maken om gegevens van flexibele elektronica te verzenden en te ontvangen. Mogelijke toepassingen zijn sensoren die zijn ingebouwd in kleding of ander textiel, buigzaam elektronisch papier of implanteerbare biomedische apparaten.
Michael Dickey , een assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering aan NC State, werkte met een gallium-indiumlegering, die vloeibaar is bij kamertemperatuur, en onderzocht hoe deze zich gedraagt in microkanalen met het oog op toepassingen voor de fabricage van elektronica. Op jacht naar andere mogelijke toepassingen, kwam hij op het idee om een flexibele antenne te maken. In samenwerking met elektrotechnisch ingenieur Gianluca Lazzi – toen bij NC State, nu voorzitter van de afdeling elektrische en computertechniek aan de Universiteit van Utah – Dickkey en zijn studenten gebruikten de legering en een algemeen flexibel polymeer genaamd polydimethylsiloxaan (PDMS) om een eenvoudige dipoolantenne te maken – in wezen een rechte staaf , zoals de ouderwetse konijnenoorantennes die worden gebruikt voor analoge tv.
De onderzoekers goten vloeibaar PDMS in een mal die na uitharding een enkel intern kanaal achterliet. Vervolgens injecteerden ze het vloeibare gallium-indiummengsel in het kanaal en sloten het af. Het is allemaal vrij eenvoudig, zegt Dickey.
Onderzoekers in het laboratorium van Lazzi testten de prestaties van de antenne en ontdekten dat ze een elektrisch contact met het apparaat konden maken door simpelweg een draad in de vloeistof te prikken, waardoor soldeer overbodig was. In het laboratorium straalde de antenne over een breed frequentiebereik uit met een efficiëntie van ongeveer 90 procent, wat overeenkomt met de efficiëntie van een vergelijkbare antenne van koper. Dat is het eerste waar we door werden verrast, zegt Lazzi. De antenne bleef ook functioneel terwijl de ingenieurs hem bogen, draaiden en dubbelvouwden; ze hebben het zelfs nog eens 40 procent langer uitgerekt dan zijn normale lengte. Toen de spanning werd opgeheven, brak het PDMS terug naar zijn oorspronkelijke vorm.
Wanneer de lengte van de antenne wordt gewijzigd door deze uit te rekken, reageert het apparaat echter op verschillende frequenties van radiogolven. Door het apparaat acht millimeter uit te rekken, werd de piekrespons met meer dan 200 megahertz verschoven. Lazzi zegt dat dit een nieuwe manier zou kunnen zijn om de antenne af te stemmen of om een gecombineerde antenne-sensor te maken. Ingebed in machines of in een betonnen constructie zoals een brug, kan de antenne deze in de loop van de tijd controleren op spanning.
Gedaanteverwisselaar: Een flexibele antenne bestaat uit vloeibaar metaal dat in microkanalen wordt geïnjecteerd in een rekbaar polymeer.
De vloeibaar-metaalantenne kan ook zichzelf genezen als deze beschadigd is. Bij blootstelling aan lucht vormt de legering een dunne geoxideerde laag die ervoor zorgt dat deze niet vrij kan stromen. Dit wetende, sneed Dickey door de antenne met een scheermesje om zijn vermogen om te genezen te testen. De oxidelaag hield het vloeibare metaal binnen het PDMS en toen het scheermes eenmaal was verwijderd, vormden de twee uiteinden in veel gevallen spontaan een enkele geleidende draad. In de andere gevallen moesten de onderzoekers de afgehakte uiteinden tegen elkaar drukken om de verbinding te herstellen.
Dickey zegt dat het gemakkelijk zou zijn om dit soort antennes in massa te produceren: een heel vel PDMS-formulieren zou in één keer kunnen worden gemaakt en vervolgens in afzonderlijke apparaten kunnen worden gesneden. De onderzoekers evalueren ook andere polymeren, omdat PDMS de efficiëntie van sommige vormen van antennes kan verstoren, zoals de lussen, helices of patches die vaker worden gebruikt in communicatieapparatuur zoals mobiele telefoons en radio- of tv-transceivers. Bovendien, zegt Dickey, kunnen andere polymeren ervoor zorgen dat de antennes zelfs verder kunnen rekken dan PDMS voordat ze uit elkaar vallen.
Onderzoekers die flexibele elektronica ontwikkelen, zijn geïnteresseerd in de mogelijkheden die de nieuwe antenne biedt. Het is een heel slimme manier om een belangrijk probleem aan te pakken, zeg maar John Rogers , een technische professor aan de Universiteit van Illinois in Urabana-Champaign, die zachte materialen ontwikkelt voor flexibele en rekbare elektronica.
Juan Hinestroza , een assistent-professor vezelwetenschap aan de Cornell University, roept het idee op om Bluetooth- of mobiele-telefoonantennes in kleding op te nemen. Vanwege de flexibiliteit zullen er verwaarloosbare effecten zijn op de draperende eigenschappen van het materiaal en kan de antenne onopgemerkt blijven voor de waarnemers en de drager, zegt hij.