Amram Bengio, étudiant diplômé de l'Université Rice, met en place une antenne à fibre nanotube pour les tests. Les scientifiques de Rice et de l'Institut national des normes et de la technologie ont déterminé que les fibres de nanotubes fabriquées à Rice peuvent être aussi bonnes que les antennes en cuivre mais 20 fois plus légères. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
Les fibres en nanotubes de carbone configurées comme des antennes sans fil peuvent être aussi bonnes que les antennes en cuivre mais 20 fois plus légères, selon les chercheurs de l'Université Rice. Les antennes peuvent offrir des avantages pratiques pour les applications aérospatiales et l'électronique portable où le poids et la flexibilité sont des facteurs.
La recherche apparaît dans Lettres de physique appliquée .
La découverte offre plus d'applications potentielles pour les forts, fibres de nanotubes légères développées par le laboratoire Rice du chimiste et ingénieur chimiste Matteo Pasquali. Le laboratoire a introduit la première méthode pratique de fabrication de fibres de nanotubes de carbone à haute conductivité en 2013 et les a depuis testées pour une utilisation comme implants cérébraux et dans les chirurgies cardiaques. entre autres applications.
La recherche pourrait aider les ingénieurs qui cherchent à rationaliser les matériaux pour les avions et les engins spatiaux où le poids est égal au coût. L'intérêt accru pour les appareils portables tels que les moniteurs de santé portés au poignet et les vêtements avec électronique intégrée pourrait bénéficier d'une forte, des antennes à fibres souples et conductrices qui envoient et reçoivent des signaux, dit Pasquali.
L'équipe Rice et ses collègues du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont développé une métrique qu'ils ont appelée « efficacité de rayonnement spécifique » pour évaluer dans quelle mesure les fibres de nanotubes rayonnaient des signaux aux fréquences de communication sans fil communes de 1 et 2,4 gigahertz et ont comparé leurs résultats avec antennes en cuivre standard. Ils ont fabriqué du fil comprenant de huit à 128 fibres qui sont à peu près aussi fines qu'un cheveu humain et coupé à la même longueur pour tester sur une plate-forme personnalisée qui a rendu pratique des comparaisons simples avec le cuivre.
Amram Bengio, étudiant diplômé de l'Université Rice, prépare un échantillon d'antenne à fibre nanotube pour évaluation. Les fibres devaient être isolées dans des supports en polystyrène pour assurer des comparaisons précises entre elles et avec le cuivre. Les fibres de riz constituées uniquement de nanotubes de carbone peuvent être des antennes pratiques pour les applications aérospatiales et l'électronique portable. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
« Les antennes ont généralement une forme spécifique, et vous devez les concevoir très soigneusement, " a déclaré Amram Bengio, étudiant diplômé de Rice, l'auteur principal du journal. "Une fois qu'ils sont dans cette forme, vous voulez qu'ils le restent. L'un des premiers défis expérimentaux a donc été de faire en sorte que notre matériau flexible reste en place. »
Contrairement aux résultats antérieurs d'autres laboratoires (qui utilisaient différentes sources de fibres de nanotubes de carbone), les chercheurs de Rice ont découvert que les antennes à fibre correspondaient au cuivre pour une efficacité de rayonnement aux mêmes fréquences et diamètres. Leurs résultats soutiennent les théories qui prédisaient que les performances des antennes à nanotubes évolueraient avec la densité et la conductivité de la fibre.
"Non seulement nous avons constaté que nous obtenions les mêmes performances que le cuivre pour le même diamètre et la même section transversale, mais une fois le poids pris en compte, nous avons découvert que nous le faisons essentiellement pour 1/20e du poids du fil de cuivre, " a déclaré Bengio.
« Les applications pour ce matériau sont un argument de vente important, mais d'un point de vue scientifique, à ces fréquences, les macro-matériaux en nanotubes de carbone se comportent comme un conducteur typique, ", a-t-il déclaré. Même les fibres considérées comme "modérément conductrices" ont montré des performances supérieures, dit-il. Bien que les fabricants puissent simplement utiliser des fils de cuivre plus fins au lieu des fils de calibre 30 qu'ils utilisent actuellement, ces fils seraient très fragiles et difficiles à manipuler, dit Pasquali.
« Amram a montré que si vous faites trois choses correctement, faites les bonnes fibres, fabriquez l'antenne correctement et concevez l'antenne conformément aux protocoles de télécommunication - vous obtenez alors des antennes qui fonctionnent bien, " dit-il. " Comme vous allez à des antennes très minces à hautes fréquences, vous avez moins d'inconvénients par rapport au cuivre car le cuivre devient difficile à manipuler à faible épaisseur, alors que les nanotubes, avec leur comportement de type textile, tient plutôt bien."
