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新穎的2D材料能將Wi-Fi訊號轉換為電力

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科技產業資訊室 - 謝威翔 發表於 2019年2月21日

圖、 新穎的2D材料能將Wi-Fi訊號轉換為電力

麻省理工學院的研究人員設計出第一個可以用天線捕獲電磁波的裝置,能從Wi-Fi訊號轉換為可以為電子設備供電的能量,也許未來得以讓智慧型手機、筆記本電腦、穿戴式裝置或其他電子設備能在沒有電池的情況下使用,本研究發表在Nature期刊上。
 
這種將交流電磁波轉換為直流電的設備被稱為整流天線(rectennas),傳統的整流天線使用矽或砷化鎵作為整流器,這種材料足夠覆蓋Wi-Fi頻段,但它們很堅硬,並不具柔性特質。而且這些材料製造小型裝置相對便宜,但若要覆蓋大面積的區域,例如建築物和牆壁的表面,成本則會大幅提高。
 
本研究使用了二硫化鉬(MoS2)的新型二維材料,是世界上最薄的半導體之一。二硫化鉬當暴露於某些化學物質時,材料的原子會以一種類似開關的方式重新排列,所得到的成果是一種超快的蕭特基二極體(Schottky diode),能夠最大限度地降低串聯電阻和寄生電容,比現有的最先進的柔性整流器小了一個數量級,因此它在訊號轉換方面更快,並且可以捕獲和轉換高達10 gigahertz的無線訊號。
 
將天線連接到僅幾個原子厚度的二維半導體,當AC訊號進入半導體,就可被轉換為可用於電子設備供電的DC電壓。除此之外,該裝置具柔性特質,可以組裝並覆蓋在非常大的區域。在本實驗中,研究團隊製作出的設備在暴露於平均功率水準約150微瓦的Wi-Fi訊號時,可以產生大約40微瓦的功率,足以點亮LED或驅動晶片。
 
如果未來開發某種電子系統需要圍繞整座橋樑或覆蓋高速公路,為人們四周帶來電子資訊,要如為這些電子產品提供能源?這種整合在大面積區域收集Wi-Fi能量的方式,將可以為未來的電子系統提供動力,讓我們四周的每個物體智慧化。另一種可能的應用是提供植入式醫療設備數據通訊電力,例如,開發可被患者吞服的藥丸,並將健康數據傳回外部電腦進行診斷。因為電池在體內可能漏出有毒液體,所以從環境中獲取能量供電,並將數據傳輸到外部電腦的無電池做法較為安全。該研究團隊在正計劃建構更複雜的系統,以提高能源效率。(770字;圖1)


參考資料:
Converting Wi-Fi signals to electricity with new 2-D materials. MIT News,2019/1/28
Two-dimensional MoS2-enabled flexible rectenna for Wi-Fi-band wireless energy harvesting. Nature,2019/1/28


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