A promessa de vestíveis, tecidos funcionais, a Internet das Coisas, e sua coorte tecnológica de "próxima geração" parece tentadoramente ao alcance. Mas os pesquisadores da área dirão que a principal razão para sua "chegada" atrasada é o problema de integrar perfeitamente a tecnologia de conexão - a saber, antenas - com "coisas" flexíveis e que mudam de forma.

Mas uma descoberta feita por pesquisadores da Faculdade de Engenharia de Drexel, agora pode tornar a instalação de uma antena tão fácil quanto aplicar um repelente de insetos.

Em pesquisa publicada recentemente em Avanços da Ciência , o grupo relata um método para pulverizar antenas invisivelmente finas, feito de um tipo de bidimensional, material metálico chamado MXene, que têm um desempenho tão bom quanto aqueles usados ​​em dispositivos móveis, roteadores sem fio e transdutores portáteis.

"Esta é uma descoberta muito empolgante porque há muito potencial para esse tipo de tecnologia, "disse Kapil Dandekar, Ph.D., professor de Engenharia Elétrica e de Computação na Faculdade de Engenharia, que dirige o Drexel Wireless Systems Lab, e foi coautor da pesquisa. "A capacidade de pulverizar uma antena em um substrato flexível ou torná-la opticamente transparente significa que poderíamos ter muitos novos lugares para configurar redes - existem novas aplicações e novas maneiras de coletar dados que nem podemos imaginar no momento."

Os pesquisadores, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Faculdade, relatam que o carboneto de titânio MXene pode ser dissolvido em água para criar uma tinta ou tinta. A condutividade excepcional do material permite que ele transmita e direcione ondas de rádio, mesmo quando aplicado em uma camada muito fina.

"Descobrimos que mesmo antenas transparentes com espessuras de dezenas de nanômetros eram capazes de se comunicar com eficiência, "disse Asia Sarycheva, candidato a doutorado na A.J. Instituto de Nanomateriais Drexel e Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais. "Aumentando a espessura em até 8 mícrons, o desempenho da antena MXene atingiu 98 por cento de seu valor máximo previsto. "

Preservar a qualidade de transmissão em uma forma tão fina é significativo porque permitiria que as antenas fossem facilmente incorporadas - literalmente, pulverizado - em uma ampla variedade de objetos e superfícies sem adicionar peso ou circuitos adicionais ou exigir um certo nível de rigidez.

"Esta tecnologia pode permitir a integração verdadeiramente perfeita de antenas com objetos do dia-a-dia, o que será crítico para a Internet das Coisas emergente, "Dandekar disse." Os pesquisadores têm feito muito trabalho com materiais não tradicionais tentando descobrir onde a tecnologia de fabricação atende às necessidades do sistema, mas essa tecnologia pode tornar muito mais fácil responder a algumas das difíceis questões nas quais temos trabalhado há anos. "

Os testes iniciais das antenas pulverizadas sugerem que elas podem funcionar com a mesma faixa de qualidade das antenas atuais, que são feitos de metais familiares, como ouro, prata, cobre e alumínio, mas são muito mais grossas do que as antenas MXene. Tornar antenas menores e mais leves tem sido uma meta dos cientistas de materiais e engenheiros elétricos, portanto, essa descoberta é um passo considerável, tanto em termos de redução da pegada quanto de ampliação de sua aplicação.

"Os métodos atuais de fabricação de metais não podem tornar as antenas finas o suficiente e aplicáveis ​​a qualquer superfície, apesar de décadas de pesquisa e desenvolvimento para melhorar o desempenho das antenas de metal, "disse Yury Gogotsi, Ph.D., Distinguished University e Bach professor de Ciência e Engenharia de Materiais na Faculdade de Engenharia, e Diretor da A.J. Instituto de Nanomateriais Drexel, quem iniciou e liderou o projeto. "Estávamos procurando nanomateriais bidimensionais, que têm espessura de folha cerca de cem mil vezes mais fina do que um fio de cabelo humano; apenas alguns átomos de diâmetro, e pode se automontar em filmes condutores mediante deposição em qualquer superfície. Portanto, selecionamos MXene, que é um material de carboneto de titânio bidimensional, que é mais forte do que metais e é metalicamente condutivo, como candidata a antenas ultrafinas. "

Os pesquisadores da Drexel descobriram a família de materiais MXene em 2011 e têm obtido uma compreensão de suas propriedades, e considerando suas possíveis aplicações, desde então. O material bidimensional em camadas, que é feito por processamento químico úmido, já mostrou potencial em dispositivos de armazenamento de energia, blindagem eletromagnética, filtração de água, sensoriamento químico, reforço estrutural e separação de gases.

Naturalmente, os materiais MXene têm feito comparações com materiais bidimensionais promissores como o grafeno, que ganhou o Prêmio Nobel em 2010 e tem sido explorado como um material para antenas imprimíveis. No papel, os pesquisadores da Drexel colocaram as antenas spray-on contra uma variedade de antenas feitas desses novos materiais, incluindo grafeno, tinta prata e nanotubos de carbono. As antenas MXene foram 50 vezes melhores do que o grafeno e 300 vezes melhores do que as antenas de tinta prata em termos de preservação da qualidade da transmissão das ondas de rádio.

"A antena MXene não superou apenas o macro e micro mundo das antenas de metal, fomos além do desempenho das antenas de nanomateriais disponíveis, enquanto mantém a espessura da antena muito baixa, "disse Babak Anasori, Ph.D., um professor assistente de pesquisa em A.J. Instituto de Nanomateriais Drexel. "A antena mais fina tinha 62 nanômetros - cerca de mil vezes mais fina do que uma folha de papel - e era quase transparente. Ao contrário de outros métodos de fabricação de nanomateriais, que requer aditivos, chamados ligantes, e etapas extras de aquecimento para sinterizar as nanopartículas, fizemos antenas em uma única etapa, pulverizando com aerógrafo nossa tinta MXene à base de água. "

O grupo testou inicialmente a aplicação em spray da tinta da antena em um substrato áspero - papel de celulose - e um liso - folhas de tereftalato de polietileno - a próxima etapa do trabalho será procurar as melhores maneiras de aplicá-la em uma ampla variedade de superfícies de vidro a fios e pele.

"Pesquisas adicionais sobre o uso de materiais da família MXene em comunicação sem fio podem permitir eletrônicos totalmente transparentes e dispositivos vestíveis muito melhorados que apoiarão os estilos de vida ativos que vivemos, "Anasori disse.