WiFi 신호를 전기로 변환할 수 있는 새로운 유연한 장치

• 얇은 2차원 반도체로 만들어진 새로운 유형의 렉테나는 WiFi 신호를 전기로 변환할 수 있습니다.
• 연구원들은 렉테나를 일반 WiFi 신호에 노출시켰을 때 40마이크로와트의 전력을 생성할 수 있었습니다.
• 실리콘 칩을 구동하거나 LED를 켜기에 충분한 전력입니다.

무선 전력 전송은 Nikola Tesla가 전선 없이 전기 에너지를 전송하는 방법을 연구하던 19세기 후반으로 거슬러 올라갑니다. 몇 년 후 이탈리아의 발명가 Guglielmo Marconi가 최초의 완전하고 상업적으로 성공한 무선 전신 시스템을 발명했습니다.

효율적인 무선 주파수 에너지 수확기는 나중에 (20세기 중반에) 실리콘과 같은 단단한 기판에 설립되었습니다. 그러나 이 기술을 일상적으로 사용되는 전자 시스템으로 확장하는 것은 매우 어려웠습니다. 진정한 유비쿼터스 감지를 가능하게 하기 위해 광범위한 플렉시블 반도체가 분석되었지만 과학자들은 이 분야에서 중요한 이정표를 달성하지 못했습니다.

최근 MIT 연구팀은 Wi-Fi 신호를 전기 에너지로 변환하여 전자 제품에 전력을 공급할 수 있는 완전히 유연한 최초의 기기를 고안했습니다. AC 전자기파를 DC 전기로 변환하는 기기인 새로운 유형의 렉테나로 유연한 무선 주파수 안테나를 사용하여 전자기파를 AC 파형으로 캡처합니다.

그런 다음 이 안테나를 2D 반도체로 만든 고유한 장치에 부착합니다. 이 장치는 AC 신호를 DC 전압으로 변환하여 배터리를 재충전하고 전자 회로에 전력을 공급할 수 있습니다.

이 고유한 장치는 무엇입니까?

기존의 렉테나는 AC 신호를 DC 전원으로 변환하는 정류기로 비소 갈륨 또는 실리콘을 사용합니다. 이 반도체는 WiFi 대역을 커버하지만 단단합니다. 광대한 영역(벽, 건물 표면)을 제작하는 데 사용하면 매우 비쌉니다.

과학자들은 수십 년 동안 이러한 문제를 해결하기 위해 노력해 왔습니다. 그들은 효율적인 렉테나를 개발했지만 저주파에서 작동하며 대부분의 WiFi 및 휴대전화 신호가 있는 기가헤르츠 주파수에서 신호를 변환할 수 없습니다.

이 연구에서 연구원들은 두께가 원자 3개에 불과한 이황화 몰리브덴이라는 새로운 2차원 물질을 사용했습니다. 이 물질의 원자가 특정 화학 물질과 접촉하면 스위치 역할을 하는 방식으로 위치를 변경합니다. 이것은 재료가 반도체에서 금속으로 위상을 변경하도록 합니다.

참조:자연 | 도이:10.1038/s41586-019-0892-1 | MIT

그 결과 기생 커패시턴스와 직렬 저항을 동시에 최소화하는 쇼트키 다이오드라고 하는 금속과 반도체의 접합이 발생합니다.

쇼트키 다이오드의 기생 커패시턴스는 기존의 최첨단 플렉서블 정류기의 기생 커패시턴스보다 훨씬 낮습니다. 따라서 셀룰러 LTE, Bluetooth 및 Wi-Fi에서 사용되는 무선 주파수 대역을 포괄하는 훨씬 빠른 속도로(최대 10GHz) 무선 신호를 캡처하고 변환할 수 있습니다.

연구원 제공

결과 및 신청

장치의 최대 출력 효율은 약 40%이며 WiFi 신호의 입력에 따라 다릅니다. 이를 내용으로 하자면 갈륨비소와 실리콘으로 만들어진 기존의 렉테나는 효율이 50~60% 정도다. 팀은 더 높은 효율성으로 더 복잡한 시스템을 개발할 계획입니다.

이 새로운 장치의 초기 응용 프로그램에는 '사물 인터넷'을 위한 휴대용 전자 장치, 의료 기기 및 센서에 전력을 공급하는 것이 포함됩니다. 이 연구에서 연구원들은 렉테나가 일반 WiFi 신호(보통 150마이크로와트의 전력을 가짐)에 노출되었을 때 40마이크로와트의 전력을 생성할 수 있었습니다.

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오늘날 과학자들은 진단을 위해 건강 데이터를 컴퓨터로 다시 스트리밍할 수 있는 삼킬 수 있는 알약을 개발하고 있습니다. 새로운 렉테나는 향후 이러한 이식형 의료 기기에 전원을 공급하는 데 사용될 수도 있습니다.