와이파이 신호를 전기로 변환하는 유연한 렉테나 개발

2차원 반도체로 구현한 완전 유연한 무선 전력 수확

MIT 연구진이 와이파이 신호를 전기로 변환하는 최초의 완전 유연한 렉테나(rectenna)를 개발했습니다. 이 장치는 유연한 무선주파수 안테나로 전자기파를 포착해 교류 파형으로 만든 뒤, 2차원 반도체 소자로 직류 전압으로 변환합니다.

핵심 소재: 이황화 몰리브덴

기존 렉테나는 질화갈륨이나 실리콘 같은 경질 반도체를 사용해 대면적 적용이 어려웠고, 기가헤르츠 대역(와이파이, 블루투스, LTE) 신호 변환이 불가능했습니다. 연구진은 세 원자 두께의 이황화 몰리브덴(MoS₂)을 사용했습니다. 이 물질은 특정 화학 물질과 접촉하면 원자가 재배열되며 반도체에서 금속으로 상전이를 일으키는데, 이로 인해 반도체-금속 접합인 쇼트키 다이오드가 형성됩니다.

이 쇼트키 다이오드는 기존 유연한 정류기보다 기생 용량과 직렬 저항을 동시에 최소화해 10GHz까지의 고주파 신호를 포착·변환할 수 있습니다.

성능 및 응용 전망

최대 출력 효율은 약 40%로, 기존 경질 렉테나(50~60%)보다는 낮지만 유연성이라는 큰 장점이 있습니다. 일반적인 와이파이 신호(150μW) 환경에서 40μW 전력을 생성해 실리콘 칩 구동이나 LED 점등이 가능합니다. 향후 웨어러블 기기, 의료용 임플란트, IoT 센서 등의 무배터리 구동에 활용될 전망입니다.

참조: Nature | doi:10.1038/s41586-019-0892-1 | MIT