2D anténa ve tvaru draka. Kredit: Drexel University.

Dnešní svět je stále více bezdrátový. A bezdrátové spojení si obvykle žádá antény. Využití antén a tudíž i bezdrátový provoz ale v řadě případů komplikuje povaha antén, které se většinou vyrábějí z pevného kovového materiálu. Materiáloví vědci americké Drexelovy univerzity chtějí tenhle problém řešit pomocí fascinujících sprejovatelných antén, které lze nasprejovat téměř kamkoliv. Jejich výzkum publikoval časopis Science Advances.

Yury Gogotsi. Kredit: Drexel University.

Klíčem k technologii nového typu antén je pozoruhodný, výjimečně tenký a kovový materiál typu „MXene“. Jsou to 2D materiály, které tvoří karbidy, nitridy anebo karbonitridy. V tomto případě jde o dvojrozměrnou formu karbidu titanu (TiC), která je vysoce vodivá a umožňuje přenos a směrování rádiových vln. MXene si už před časem získal pozornost jako materiál pro experimentální baterie, které lze dobíjet za několik sekund. Tým z Drexelu vytvořil 2D karbid titanu v práškové podobě, takže ho lze rozpustit ve vodě a vytvořit z něj inkoust či barvu. Takovou barvu je pak možné nastříkat, kam jenom člověka napadne, čímž se dotyčný povrch změní v účinnou 2D anténu.

Sprejovatelné antény by mohly přinést spoustu nových technologií. Kredit: Drexel University.

Podle vedoucího výzkumu, kterým je odborník na nanomateriály Yury Gogotsi, jsou dnešní kovové antény navzdory desetiletím usilovných snah pro některé povrchy a objekty nepoužitelné. Proto se s kolegy snažili najít 2D nanomateriál, který by měl zcela minimální tloušťku a mohl by po nanesení samouspořádáním vytvářet vodivé filmy na jakémkoliv povrchu. Nakonec si vybrali zmíněný MXene, čili 2D karbid titanu, který je pevnější než kovy a je vodivý srovnatelně s kovy. To z materiálu dělalo solidního kandidáta na ultratenké antény nového typu.

Když Gogotsiho tým testoval antény z 2D karbidu titanu, tak zjistil, že navzdory jejich extrémní tenkosti jsou tyhle antény svým výkonem srovnatelné s existujícími anténami. Aby si vědci byli jistí, že nejde čistě o projev dvojrozměrné struktury, tak rovněž porovnali své 2D antény se 2D anténami z jiných materiálů, jako je například grafen, stříbrný inkoust nebo uhlíkové nanotrubičky. Nové antény si vedly velice dobře. Rádiové vlny přenášely 50-krát lépe než grafenové antény a 300-krát lépe než stříbrné 2D antény.

Nejtenčí anténa z 2D karbidu titanu, jakou badatelé zkoušeli, měla tloušťku pouhých 62 nanometrů. Byla tím pádem asi tisíckrát tenčí než list papíru a také téměř průhledná. Nejlépe fungovaly antény s tloušťkou kolem 8 mikrometrů, jejichž výkon se blížil teoretickému maximálnímu výkonu. Výroba antén z 2D karbidu titanu rovněž nevyžaduje žádná aditiva nebo zahřívání kvůli spékání nanočástic dohromady. 2D antény týmu z Drexelu prostě stačí nastříkat sprejem a je to. Takové antény mohou bezdrátově propojit do Internetu věcí snad úplně všechno, včetně ohebné či nositelné elektroniky. Čas ukáže, jestli se s podobnými anténami budeme setkávat i v budoucnu.

Video:  Drexel’s MXene ‘Antenna Spray Paint’ Could Unlock the Potential of Smart Technology


Literatura
Drexel University 21. 9. 2018, Science Advances 4: eaau0920.