26.11.2020

Графеновое устройство может собирать Wi-Fi сигналы для беспроводной зарядки

В своем нынешнем виде технология беспроводной зарядки не намного полезнее, чем подключение телефона — в конце концов, устройство все равно должно быть в контакте с зарядным устройством. Но в воздухе просто плавает большое количество излучения, и теперь исследователи из MIT выложили чертежи системы, которая могла бы подключиться к этому растраченному источнику энергии для зарядки устройств.

Терагерцовое излучение состоит из высокочастотных волн, которые находятся между инфракрасным и микроволновым излучением в электромагнитном спектре. Они производятся многими электронными устройствами, включая в основном все, что посылает сигнал Wi-Fi.

Хотя это может показаться неиспользованным золотым прииском для сбора энергии, ученым, как известно, трудно использовать его. Новый метод команды MIT кажется интригующей возможностью — но на данном этапе это всего лишь проект, и он не был протестирован.

«Мы окружены электромагнитными волнами в терагерцовом диапазоне, — говорит Хироки Изобе, ведущий автор исследования. “Если мы сможем преобразовать эту энергию в источник энергии, который мы можем использовать в повседневной жизни, это поможет решить энергетические проблемы, с которыми мы сталкиваемся прямо сейчас.»

Устройство команды известно как терагерцовый выпрямитель и состоит из небольшого квадрата графена со слоем нитрида бора под ним, фланкированного с обеих сторон антенной. Эта антенна собирает терагерцовое излучение из окружающего воздуха, усиливая сигнал при передаче его на графен. Это, в свою очередь, заставляет электроны в графене течь во все стороны в одном направлении, создавая постоянный ток (DC).

Команда говорит, что графен должен быть настолько чистым, насколько это возможно, так как любые примеси могут рассеять электроны. Слой нитрида бора также существует, чтобы предотвратить это. Обычно электроны в графене были бы равномерно распределены по всем направлениям, но атомы бора и азота в нижнем слое перенаправляют свой путь ровно настолько, чтобы все они двигались вместе.

Хотя вполне вероятно, что любой терагерцовый выпрямитель будет вырабатывать только небольшое количество электричества, этого может быть достаточно для питания маленьких устройств вначале. Команда предполагает, что первые случаи использования могут быть для питания имплантированных устройств, таких как кардиостимуляторы, которые в настоящее время требуют хирургического вмешательства для замены батарей.

Но, конечно, конечной целью такого рода технологий было бы пассивное подзарядка наших телефонов и ноутбуков во время их использования. Исследователи годами экспериментировали с поиском способов сбора сигналов, таких как радиоволны, но универсальные проблемы включают в себя небольшие выходы, длительное время заряда или потребность в специально построенных помещениях. Похоже, что мы будем подключать наши телефоны в течение многих лет.

Тем не менее, проект MIT является последним шагом ребенка на пути к полезной технологии беспроводной зарядки. Команда сейчас планирует начать сборку и тестирование физического устройства.

Исследования были опубликованы в журнале Science Advances.