Un'antenna spray è un materiale conduttivo che può essere spruzzato su quasi tutte le superfici per creare un'antenna sottile, leggera e flessibile. Le antenne sono un componente chiave utilizzato nei dispositivi in grado di comunicare tra loro emettendo e ricevendo segnali radio. In determinate circostanze, avere un'antenna realizzata con materiali rigidi limiterà i componenti elettronici che potrebbero essere incorporati in essa, ed è qui che entrano in gioco le antenne spray. Essere in grado di spruzzare un'antenna su un substrato flessibile amplia le applicazioni dei dispositivi elettronici.
Il concetto funziona utilizzando un materiale chiamato MXenes, che è un materiale chimicamente stabile, forte e conduttivo. È un materiale molto sottile che può trasmettere e dirigere le onde radio. Il materiale può quindi essere applicato in un metodo spray simile all'uso di una bomboletta spray aerosol e può essere utilizzato per abilitare dispositivi IoT più piccoli, sensori industriali o medici, dispositivi mobili, dispositivi indossabili e altri dispositivi di comunicazione sottili.
Come funziona
Le antenne spray sono state create dai ricercatori della Drexel University e sono composte da un composto metallico chiamato MXene. MXene è un composto idrosolubile a base di carburo di titanio molto conduttivo. Il materiale è costituito da metalli con atomi di carbonio o azoto che, in tutto, hanno uno spessore di pochi atomi. Oltre al titanio, è possibile utilizzare vari metalli per creare antenne spray, tra cui molibdeno, vanadio e niobio.
Inizialmente realizzato in polvere, MXene viene sciolto in acqua per formare un inchiostro o un materiale simile alla vernice che può quindi essere spruzzato su una superficie, creando un'antenna spray in qualsiasi forma sia necessaria. L'antenna risultante eccelle nel trasmettere e dirigere le onde radio in piccoli strati.
Quando si menziona lo spessore dell'antenna, il materiale da spruzzare malleabile e quasi impercettibile raggiunge prestazioni ottimali vicino allo spessore di 8 micron, ma può essere sottile fino a 10 nanometri. Questo è abbastanza sottile da essere per lo più trasparente. Le applicazioni di successo hanno incluso comunicazioni wireless nella filtrazione dell'acqua, dispositivi di accumulo di energia, rinforzo strutturale e rilevamento chimico.
Anche se il materiale MXene è stato scoperto nel 2011, il suo utilizzo nei dispositivi indossabili è stato discusso di recente.
Avendo materiali così sottili, queste antenne possono essere utilizzate in dispositivi più piccoli, più leggeri e flessibili per una varietà di usi. Sebbene sia abbastanza sottile e flessibile da essere applicato sulla pelle, non sono stati effettuati test sufficienti per determinare se è sicuro e privo di conseguenze e non sono state esplorate molte applicazioni di questa istanza.
Antenne spray e IoT
Le antenne spray potrebbero essere molto utili per l'Internet delle cose (IoT). L'IoT userà comunemente antenne a radiofrequenza (RF) per comunicare con altri dispositivi vicini. Avere un'antenna che può essere spruzzata su una superficie, cosa che di solito non sarebbe possibile, potrebbe migliorare notevolmente le possibilità di raccolta dei dati. Ad esempio, un'antenna spray potrebbe essere attaccata alla parete di un data center per fungere da antenna di grandi dimensioni, oppure la stessa tecnologia potrebbe essere spruzzata sugli indumenti per dispositivi elettronici indossabili che possono comunicare in modalità wireless tra loro. L'antenna spray è così sottile che sarebbe praticamente trasparente, aggiungerebbe pochissimo peso e sarebbe difficile da notare. Le antenne potrebbero essere collegate a una serie di oggetti per creare un ambiente e una rete più interconnessi.
Antenne comparabili
Le antenne sono tipicamente disponibili in una delle quattro forme: antenne isotropiche, dipolari, unipolari e array. Le antenne isotropiche sono antenne ipotetiche che emettono la stessa potenza di segnale in ogni direzione. Le antenne a dipolo sono le più tipiche e sembrano un'antenna televisiva, composta da due poli o fili bilanciati. Le antenne monopolari sono costituite da un singolo conduttore, comunemente una singola asta di metallo. Gli array di antenne sono costituiti da più antenne semplici che lavorano insieme come una sola.
Normalmente, le antenne convenzionali richiedono una forma speciale e nanomateriali come i nanotubi di carbonio. Tuttavia, dopo lunghi periodi di ricerca e sviluppo, le antenne tradizionali hanno ancora problemi in aree specifiche. Ad esempio, le antenne a nanotubi hanno più di una sfida nell'essere applicate e mantenere la forma. Tuttavia, la scienza avanza. Il materiale spray è più resistente e supera la nanotecnologia, che è popolare ma più difficile da produrre.
Le antenne stampabili vengono create utilizzando un inchiostro costituito da materiali conduttivi inseriti in una stampante a getto d'inchiostro. La stampa a getto d'inchiostro consente di stampare più strati conduttivi sottili con una rugosità dei bordi relativamente bassa. Le prestazioni dell'antenna dipendono dallo spessore e dalla precisione delle aree stampate. Comparativamente, è molto più veloce e più facile creare un'antenna semplicemente spruzzandone una su una superficie. Inoltre, i materiali utilizzati nella stampa delle antenne - grafene e argento - sono rispettivamente 50 e 300 volte meno efficaci nel preservare le trasmissioni di onde radio rispetto a MXene.
Le antenne spray possono competere con molti diversi tipi di antenne che si trovano nei dispositivi moderni come i router wireless. La loro efficienza energetica mobile è anche fino a 10 volte superiore rispetto ai metodi di fabbricazione attuali.