Entendez le mot « antenne » et vous pourriez penser aux oreilles de lapin sur le dessus d'un vieux téléviseur ou au fil qui capte les signaux radio d'une voiture. Mais une antenne peut être beaucoup plus petite, voire invisible. Quelle que soit sa forme ou sa taille, une antenne est cruciale pour la communication, transmettre et recevoir des signaux radio entre les appareils. Alors que l'électronique portable devient de plus en plus courante, les antennes doivent, trop.

Moniteurs portables, vêtements intelligents flexibles, les capteurs industriels et les capteurs médicaux seront beaucoup plus efficaces si leurs antennes sont légères et flexibles – et peut-être même transparentes. Nous et nos collaborateurs avons développé un type de matériau qui offre beaucoup plus d'options pour connecter les antennes aux appareils - y compris les peindre au pistolet sur les murs ou les vêtements.

Notre laboratoire de science des matériaux se concentre sur les nanomatériaux, qui sont plus de 100, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain. En 2011, des chercheurs du département de science et d'ingénierie des matériaux de l'université Drexel ont mis au point un moyen de combiner des métaux avec des atomes de carbone ou d'azote pour créer un matériau de quelques atomes d'épaisseur, très fort et bon pour conduire l'électricité. Nous appelons ces matériaux MXenes (prononcé "maksens"), et nous pouvons les fabriquer avec différents métaux - y compris le titane, molybdène, vanadium et niobium.

Nos travaux les plus récents ont identifié que le mélange de MXenes avec de l'eau nous permet de pulvériser des antennes sur n'importe quelle surface, y compris un mur de briques ou une fenêtre en verre - et même utiliser un jet d'encre pour imprimer une antenne sur papier. Cela crée de nouvelles opportunités pour les plus petits, briquet, des antennes plus flexibles pour accompagner des appareils également fabriqués à partir de matériaux plus variés et polyvalents.

Les antennes ne sont pas tout à fait partout - encore

Les montres intelligentes et les porte-clés électroniques peuvent sembler avancés, mais les chercheurs travaillent sur de nombreuses autres options, y compris les blouses d'hôpital qui peuvent détecter les fréquences cardiaques et respiratoires des patients, et des points de suture qui surveillent la guérison après la chirurgie. Ils auront aussi besoin d'antennes - qui sont stériles, souple, solide et même lavable en machine.

Un autre type d'antenne fait son chemin dans le monde, trop. De nombreuses cartes de crédit et de débit, ainsi que les passeports américains, contiennent ce qu'on appelle des tags RFID, de minuscules puces électroniques qui portent des informations d'identification et les transmettent à des capteurs qui valident les transactions ou certifient l'identité du porteur du document.

Les étiquettes RFID sont encore plus couramment utilisées dans l'industrie, suivi des composants dans les processus de fabrication, boîtes et conteneurs individuels dans les envois volumineux et même contrôler l'accès des travailleurs à des zones spécifiques d'un bureau ou d'une usine.

Un large éventail d'utilisations

Depuis la découverte de MXenes par Drexel en 2011, des chercheurs du monde entier ont testé leur façon de travailler dans une variété de tâches. Certains des premiers succès ont inclus des dispositifs de stockage d'énergie, blindage contre les interférences électromagnétiques, filtration de l'eau, détection chimique, renforcement structurel, traitement du cancer et séparation des gaz.

Toutes ces approches tirent parti des propriétés physiques et électriques des MXenes :ils sont transparents à la lumière, électroniquement conducteur, chimiquement stable et solide.

Pulvérisation simple

Nous avons exploré comment utiliser un autre attribut physique des MXenes :ils aiment l'eau. Lorsque nous mélangeons des feuilles de carbure de titane bidimensionnel MXene avec de l'eau, nous obtenons une encre à base d'eau stable. Nous pouvons pulvériser ou imprimer cette encre sur n'importe quelle surface, et quand l'eau s'évapore, ce qui reste, ce sont des couches de MXene – une antenne MXene.

Lorsque nous le faisons avec un carbure de titane MXene, l'antenne résultante est très bonne pour transmettre et diriger les ondes radio, même lorsqu'il est appliqué en couche très fine. Nos tests initiaux suggèrent qu'il peut fonctionner aussi bien que les antennes en or les plus couramment utilisées, argent, cuivre ou aluminium. Et parce qu'il est tellement plus fin, une antenne MXene peut être efficace dans des espaces trop petits pour d'autres matériaux d'antenne, même aussi petits qu'un millième de l'épaisseur d'une feuille de papier.

Comparaison avec d'autres antennes

Lorsque nous avons rendu les antennes MXene légèrement plus épaisses - plus comme un dixième de l'épaisseur d'un morceau de papier - elles pouvaient encore surpasser les antennes faites d'autres antennes à base de nanomatériaux de haute technologie, dont les nanotubes de carbone, encre au graphène et nano-argent.

En outre, les antennes MXene étaient beaucoup plus faciles à fabriquer. D'autres processus de fabrication de nanomatériaux nécessitent de mélanger les ingrédients à capacité électronique avec d'autres matériaux pour les aider à se coller les uns aux autres, et les chauffer tous ensemble pour renforcer leurs interconnexions. Nos antennes MXene sont fabriquées en deux étapes :Mélanger les MXene avec de l'eau, et vaporisez-le avec un aérographe.

Cela signifie que les antennes peuvent être pulvérisées à l'aérographe presque n'importe où, par presque n'importe qui, pour presque n'importe quel but. Ce nouveau type de matériau ouvre un large éventail de nouvelles possibilités pour les appareils électroniques qui peuvent être n'importe où et toujours communiquer efficacement.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.