Yeni 2 Boyutlu Malzemelerle Wi-Fi Sinyallerini Elektriğe Dönüştürme
Yeni 2 boyutlu malzemelerle Wi-Fi sinyallerini elektriğe dönüştürme, esnek, ucuz malzemelerden yapılmış cihaz geniş alanda giyilebilir elektronik cihazlara, tıbbi cihazlara ve daha fazlasına güç sağlayabilir. Akıllı telefonların, dizüstü bilgisayarların, giyilebilir cihazların ve diğer elektronik cihazların pilsiz çalıştırıldığı bir dünya hayal edin.MIT ve diğer yerlerdeki araştırmacılar, Wi-Fi sinyallerinden elektronik cihaza güç verebilecek elektriğe dönüştüren ilk tamamen esnek cihazla, bu yönde bir adım attılar.
AC elektromanyetik dalgalarını DC elektriğine dönüştüren cihazlar “alıcı anten” olarak bilinir.Araştırmacılar, bugün Nature’da ortaya çıkan bir çalışmada açıklanan, AC dalga formları olarak Wi-Fi taşıyanlar da dahil olmak üzere elektromanyetik dalgaları yakalayan esnek bir radyo frekansı (RF) anteni kullanan yeni bir tür ‘alıcı anteni’ göstermektedir.Anten daha sonra, sadece birkaç atom kalınlığında iki boyutlu bir yarı iletkenden yapılmış yeni bir cihaza bağlanır.AC sinyali, elektronik devrelere güç sağlamak veya pilleri şarj etmek için kullanılabilecek bir DC voltajına dönüştüren yarı iletkene gider. Bu şekilde, bataryasız cihaz her yerde bulunan Wi-Fi sinyallerini pasif olarak yakalar, dönüştürür ve kullanılabilir DC gücüne dönüştürür.
Ayrıca bu cihaz esnek olup ve çok geniş alanları kapsayacak şekilde “RULODAN RULOYA” adı verilen üretim yöntemi ile imal edilebilir. “Bir köprünün etrafına dolandığımız veya otoyolun tamamını ya da ofisimizin duvarlarını örttüğümüz ve etrafımızdaki her şeye elektronik haberalma getirebileceğimiz elektronik sistemler geliştirirsek ne olur? Makalenin yazarı Tomás Palacios, Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Bölümü’nde profesör olan ve Microsystems Teknoloji Laboratuvarlarında MIT/MTL Grafen Cihazları ve 2D Sistemleri Merkezi’nin müdürü. “Geleceğin elektronik sistemlerine güç sağlamak için yeni bir yol bulduk – Wi-Fi enerjisini geniş alanlara kolayca entegre olacak şekilde toplayarak – çevremizdeki her nesneye elektronik istihbarat getirmek için.” Önerilen alıcı antenler için gelecek vaat eden ilk uygulamalar arasında esnek ve giyilebilir elektroniklerin, tıbbi cihazların ve “nesnelerin interneti” için sensörlerin güçlendirilmesi yer alıyor.
Örneğin, esnek akıllı telefonlar, büyük teknoloji firmaları için yeni ve sıcak bir pazar. Deneylerde, araştırmacıların cihazları Wi-Fi sinyallerinin tipik güç seviyelerine maruz kaldıklarında (yaklaşık 150 mikro dalga) yaklaşık 40 mikro güç üretebilir. Bir LED’i yakmak veya silikon cip sürücüler için çalısması için yeten güçten daha fazlası. Diğer bir olası uygulama ise, Madrid Teknik Üniversitesi’nden bir araştırmacı olan ve makalenin ortak yazarı olan Jesús Grajal, vücuda yerleştirilebilir tıbbi cihazların veri iletişimine güç sağlaması olduğunu söylüyor. Örneğin, araştırmacılar hastalar tarafından yutulabilecek hapları geliştirmeye ve teşhis için sağlık verilerini bir bilgisayara aktarmaya başlıyor. “Kusursuz olarak, bu sistemleri çalıştırmak için pil kullanmak istemiyorsunuz çünkü lityum sızdırıyorlarsa hasta ölebilir” diyor Grajal.
Tüm alıcı antenler, AC giriş sinyalini DC gücüne dönüştüren ve “doğrultucu” olarak bilinen bir bileşene dayanmaktadır. Geleneksel alıcı antenler, AC sinyali doğrultmak için silikon veya galyum arsenik kullanır. Bu malzemeler Wi-Fi bandını kaplayabilir, ancak katıdırlar. Ayrıca bu malzemeleri küçük cihazları üretmek için kullanmak nispeten ucuz olsa da, binaların ve duvarların yüzeyleri gibi geniş alanları kaplamak için bunları kullanmak maliyet açısından pahalı olacaktır. Araştırmacılar uzun zamandır bu sorunları çözmeye çalışıyorlar ancak şu ana kadar bildirilen az sayıdaki esnek alıcı antenin düşük frekanslarda çalıştığını ve ilgili cep telefonu ve ile Wi-Fi sinyallerinin çoğunun bulunduğu gigahertz frekanslarındaki sinyalleri yakalayıp dönüştüremediğini bildirdi.
Doğrultucularını oluşturmak için araştırmacılar, molibden disülfür (MoS2) adı verilen ve üç atom kalınlığında dünyanın en ince yarı iletkenlerinden biri olan yeni bir 2-B malzeme kullandılar. Bunu yaparken, ekip MoS2’nin tekil davranışından yararlandı: Belirli kimyasallara maruz kaldığında, malzemenin atomları, bir yarı iletkenden metalik bir malzemeye bir faz geçişini zorlayan, bir anahtar gibi davranacak şekilde yeniden düzenlenir. Elde edilen yapı, bir yarı iletkenin metal ile birleştiği bir Schottky diyot adıyla bilinir. İlk yazar ve bir süre sonra Carnegie Mellon’a yardımcı doçent olarak katılacak olan EECS doktora sonrası araştırmacısı Xu Zhang “MoS2’yi iki boyutlu yarı iletken metalik bir faz kavşağına (bağlantısına) dönüştürerek, seri olarak direnci ve parazitli sığayı en aza indiren atomik olarak ince, ultra hızlı bir Schottky diyot ürettik” diyor.
Gürültülü sığa, elektronik cihazlarda (elektronikte) bazı malzemelerin biraz elektrik yükü depoladığı ve devreyi yavaşlatan kaçınılmaz bir durumdur. Düşük sığa, bu nedenle, daha yüksek doğrultucu hızları ve daha yüksek çalışma frekansları anlamına gelir. Araştırmacıların Schottky diyotunun gürültülü sığası, günümüzün en gelişmiş esnek doğrultucularından daha küçük bir büyüklük sırasına sahiptir, bu nedenle sinyal dönüştürmede çok daha hızlıdır ve 10 gigahertzlik kablosuz sinyallerin yakalamasını ve dönüştürmesini sağlar. Zhang, “Böyle bir tasarım, Wi-Fi, Bluetooth, hücresel LTE ve diğerleri de dâhil olmak üzere, günlük elektronik cihazlarımız tarafından kullanılan radyo frekansı bantlarının çoğunu kapsayacak kadar hızlı, tamamen esnek bir cihaza izin verdi” dedi.
Rapor edilen çalışma, diğer esnek Wi-Fi-elektrik aygıtların tasarımında önemli çıktı ve verimlilik ile çalışma imkânı sunmaktadır. Mevcut cihazın maksimum çıkış verimliliği, Wi-Fi girişinin giriş gücüne bağlı olarak yüzde 40 düzeyindedir. Tipik Wi-Fi güç seviyesinde, MoS2 doğrultucusunun güç verimliliği yaklaşık yüzde 30’dur. Bir kıyaslama yapabilmek adına, bugünün sert, daha pahalı silikon veya galyum arsenitlerden yapılan alıcı antenleri yaklaşık yüzde 50 ila 60 arasında daha pahalıdır. MIT, Madrid Teknik Üniversitesi, Askeri Araştırma Laboratuvarı, Madrid’deki III. Charles Üniversitesi, Boston Üniversitesi ve Güney Kaliforniya Üniversitesi’nden 15 ortak makale yazarı var. Ekip şimdi daha karmaşık sistemler kurmayı ve verimliliği artırmayı planlıyor. Çalışma kısmen, Madrid Teknik Üniversitesi ile MIT Uluslararası Bilim ve Teknoloji Girişimleri (MISTI) aracılığıyla yapılan bir iş birliği ile mümkün oldu. Ayrıca, Askeri Nanoteknoloji Enstitüsü, Askeri Araştırma Laboratuvarı, Ulusal Bilim Vakfı Dahili Kuantum Materyalleri Merkezi ve Bilimsel Araştırma Hava Kuvvetleri Ofisi tarafından kısmen desteklenmiştir.
Makale metni: http://news.mit.edu/2019/converting-wi-fi-signals-electricity-0128
Görsellerin olduğu kaynak : https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-6639929/Device-turn-Wifi-electricity.html
