WiFi信号怎样变成电?

文章作者:管理一号 | 2019-01-31
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来历: 全世界科学

WiFi在我们身边无处不在,美国和西班牙的科学家没有放过这看似不起眼、但规划广泛的射频信号。他们选用只需几个原子厚的二维半导体制成了新式的整流天线,它可以捕获WiFi信号,并将其转化为电能,为电子设备供应电力,这使得未来WiFi或许将成为一种运用广泛的电源。

因为这种新设备非常薄且具有柔性,未来具有广泛的运用前景,包括柔性手机、可穿戴电子设备、植入式医疗设备、物联网传感器等都有其用武之地,在实验中,研讨人员将这一设备露出于WiFi信号时,可以发生大约40微瓦的功率,足以点亮手机显示器或硅芯片。现在,研讨人员研发的这一设备能量转化率约为30%,下一步他们还将进一步前进设备功率。

除了可以运用WiFi之外,研讨人员标明,我们身边的4G、蓝牙等射频信号都可以加以运用,转化为电能。这一研讨的首要领导者麻省理工学院教授Tomás Palacios称,这一打破为之后从环境中收集动力铺平了路程,“当你具有这样一种能量收集设备时,一周7天,可以每天都在收集能量,然后将其存放在电池中以备日后运用。”这一研讨成果宣告在科学期刊Nature中。据研讨人员介绍,这一技术的运用最早或许会出现在5到7年内。

WiFi信号怎样变成电?

研讨人员将一个天线连接到只需三个原子厚度的柔性半导体层,天线捕获WiFi和其它射频信号并将其转换为交流电,之后交流电在半导体二硫化钼中转换为电子设备可以直接运用的直流电。通过这种办法,无电池设备可以被动地捕获普遍存在的WiFi信号并将其转换为有用的直流电源。

天线和二硫化钼二极管集成在一种聚酰亚胺薄膜上。

在实验室中,研讨人员将这一柔性设备置于150微瓦的WiFi信号环境中,它可以发生约40微瓦的功率。“与计算机需求的60瓦比较,40微瓦看起来并不算多,但是我们仍然可以运用它做许多工作。”Tomás Palacios说。

为了建立这一套新式的整流器,研讨人员运用了一种名为二硫化钼(MoS2)的新式二维材料,其三原子厚度是世界上最薄的半导体之一,它由钼和硫两种元素组成的化合物,从外表上来看,它与石墨烯的薄度近乎相同,在二硫化钼中,两层硫原子把一层钼原子像“三明治”相同夹在中心。二硫化钼的电子搬家速率大约是100cm2/vs(即每平方厘米每伏秒通过100个电子),远低于晶体硅的电子搬家速率1400 cm2/vs,但是比非晶硅和其他超薄半导体的搬家速度更好。

而且二硫化钼还具有储量丰盛、价格低廉、制作简略、无毒性等特征,因此许多科学家都认为:它的出路一片亮光。

“我们将二硫化钼规划成二维的半导体-金属结,构建了一个原子级薄,超快的肖特基二极管,一同最大极限地降低了串联电阻和寄生电容。”论文的第一作者Zhang Xu说。肖特基二极管的导通电压非常低,一般的二极管在电流流过期,会发生约 0.7-1.7 伏特的压降,不过肖特基二极管的压降只需 0.15-0.45 伏特,因此可以进步系统的功率。

无处不在的智能

研讨人员所运用的材料具有柔性,可大可小,可以掩盖非常大的区域,比如墙面或天花板,也可以集成于可穿戴设备、传感器、植入式医疗设备……

“假设未来开发出了可以掩盖整个高速公路,或许掩盖整个办公室墙面的电子设备,那么该怎样供电?” Tomás Palacios说。“我们提出的这种为电子设备供应电力的新办法,易于在大面积区域集成,收集WiFi能量,为我们周围的每个物体带来智能。”

 

天线将WiFi中的电磁辐射转换为交流电信号,依据二硫化钼的二极管将交流电转换为直流电,为电子设备供电。

论文的一同作者,西班牙马德里理工大学的Jesús Grajal认为,其他一个或许的运用是为植入式医疗设备的数据通信供应电力。因为WiFi和其它射频信号可以通过人体,因此可以将这种新设备运用于植入物,向其供应满意的电力将健康数据传送到外部接收器。现在,许多研讨人员都在开发可吞服,且可以收集并传输健康数据的药丸,“志向情况下,你不想运用电池为这样的系统供电,因为假设发生锂泄露,患者就会去世。”Jesús Grajal说,“所以从环境中获取动力,为身体内的这些小型实验室供电,就要好得多。”

现在,具有柔性,甚至可以弯折的智能手机是各大科技公司比赛的抢手商场,这也是柔性的新式“电源”可运用的领域,在实验室中,研讨人员特别运用典型功率水平的WiFi信号,发生了40微瓦的电力,足以点亮移动显示器或硅芯片。

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