Даже в наше высокотехнологическое время сложно представить себе электронное устройство, которое работает без батареек или подключения к розетке, заряжаясь при этом, просто из воздуха. Инженеры из американского Массачусетского университета создали первое в мире устройство с гибким полупроводником, которое может превращать в электричество Wi-Fi-сигналы. Изобретение, превращающее в постоянный ток электромагнитные волны переменного, получило название «ректенна».
Будущее уже наступило
Впервые описание прибора появилось в издании Nature. Согласно предоставленным данным, в ректенне применяется гибкая антенна, способная захватывать любые электромагнитные сигналы, в том числе и Wi-Fi. Антенна соединена с полупроводником, чья толщина составляет несколько атомов. Происходит пассивный захват устройством окружающих сигналов, а далее полученный переменный ток преобразуется в постоянный, который можно применять для подзарядки аккумуляторной батареи или снабжения питанием различных схем.
Гибкость ректенны – это, пожалуй, самое весомое ее достоинство. Устройство можно производить в виде свернутых рулонов, что позволит создать большую зону покрытия и, следовательно, обеспечить захват большего количества Wi-Fi сигналов.
Радужные перспективы
Для начала, изобретение планируется использовать для портативной электроники, датчиков всевозможных IoT и медицинских приборов.
При влиянии стандартных уровней Wi-Fi – сигналов, что соответствует 150 мкВт, ректенны способны генерировать примерно 40 мкВт энергии. Это немало и вполне достаточно для обеспечения питания электроэнергией чипов или небольшого дисплея сотового телефона.
Большие надежды на новое устройство возлагают медики. Хесус Гарахал – исследователь из мадридского университета. Он предполагает, что подобные устройства смогут обеспечить передачу сведений медицинскими имплантатами. Для питания медицинских технических устройств опасно использовать стандартные батареи, так как утечка лития внутри организма человека может привести к смерти.
Новый полупроводник
Стандартные материалы не годились для применения в качестве полупроводника в ректенне. Поэтому инженеры обратили свое внимание на молибден, а точнее, его дисульфид (MoS2). На сегодняшний день дисульфид является самым тонким полупроводником, его толщина равна всего трем атомам.
Команде исследователей подошло необычное свойство MoS2. При нанесении определенного вида химикатов на дисульфид молибдена, его атомы способны перестраиваться так, что он начинает работать в качестве переключателя, при этом вызывая в материал из металла из полупроводника фазовый переход. MoS2 в фазовом переходе от полупроводника к металлу, представляет собой тонкий и сверхбыстрый диод, который способен минимизировать не только паразитную емкость, но и последовательное сопротивление. На самом деле, проблему паразитной емкости избежать в электронике невозможно, но у данного диода, она значительно ниже, чем у других гибких выпрямителей.
Данный проект не является первым в своем роде. Многие ученые умы уже в течение нескольких лет работают над материалом, который был бы способен превращать сигналы Wi-Fi в электричество. Прошлые модели устройств были довольно дорогостоящими и негибкими, что создавало значительные проблемы при необходимости покрытия ими большой области. По словам создателей, новые ректенны уже в самом недалеком будущем можно будет наклеивать на стены вместо обоев.