Les antennes en films de nanotubes de carbone sont tout aussi performantes que le cuivre pour les applications sans fil, selon des chercheurs de la Brown School of Engineering de l'Université Rice. Ils sont aussi plus durs, plus flexible et peut essentiellement être peint sur des appareils.

Le laboratoire Rice de l'ingénieur chimiste et biomoléculaire Matteo Pasquali a testé des antennes constituées de films de nanotubes « alignés par cisaillement ». Les chercheurs ont découvert que non seulement les films conducteurs étaient capables d'égaler les performances des films de cuivre couramment utilisés, ils pourraient également être plus fins pour mieux gérer les fréquences plus élevées.

Les résultats détaillés dans Lettres de physique appliquée faire avancer les travaux antérieurs du laboratoire sur les antennes à base de fibres de nanotubes de carbone.

Les antennes alignées en cisaillement du laboratoire ont été testées dans les installations du National Institute of Standards and Technology (NIST) à Boulder, Colorado, par l'auteur principal Amram Bengio, qui a effectué les recherches et rédigé l'article tout en obtenant son doctorat dans le laboratoire de Pasquali. Bengio a depuis fondé une entreprise pour développer davantage le matériau.

Aux fréquences cibles de 5, 10 et 14 gigahertz, les antennes se sont facilement maintenues avec leurs homologues en métal, il a dit. « Nous allions à des fréquences qui ne sont même pas utilisées dans les réseaux Wi-Fi et Bluetooth aujourd'hui, mais sera utilisé dans la prochaine génération d'antennes 5G, " il a dit.

Bengio a noté que d'autres chercheurs ont soutenu que les antennes à base de nanotubes et leurs propriétés inhérentes les ont empêchées d'adhérer à la "relation classique entre l'efficacité du rayonnement et la fréquence, " mais les expériences de Rice avec des films plus raffinés ont prouvé qu'ils avaient tort, permettant les comparaisons individuelles.

Pour faire des films, le laboratoire Rice a dissous des nanotubes, la plupart à paroi simple et jusqu'à 8 microns de long, dans une solution à base d'acide. Lorsqu'il est étalé sur une surface, la force de cisaillement produite incite les nanotubes à s'auto-aligner, un phénomène que le laboratoire Pasquali a appliqué dans d'autres études.

Bengio a déclaré que bien que le dépôt en phase gazeuse soit largement utilisé comme procédé par lots pour le dépôt de traces de métaux, la méthode de traitement en phase fluide se prête à une plus grande évolutivité, fabrication d'antennes en continu.

Les films d'essai avaient à peu près la taille d'une lame de verre, et entre 1 et 7 microns d'épaisseur. Les nanotubes sont maintenus ensemble par des forces de van der Waals fortement attractives, ce qui confère au matériau des propriétés mécaniques bien meilleures que celles du cuivre.

Les chercheurs ont déclaré que les nouvelles antennes pourraient convenir aux réseaux 5G mais aussi aux avions, en particulier les véhicules aériens sans pilote, pour lequel le poids est une considération ; en tant que portails de télémétrie sans fil pour l'exploration pétrolière et gazière en fond de trou ; et pour les futures applications « Internet des objets ».

"Il y a des limites en raison de la physique de la façon dont une onde électromagnétique se propage dans l'espace, " Bengio a déclaré. "Nous ne changeons rien à cet égard. Ce que nous changeons, c'est le fait que le matériau à partir duquel toutes ces antennes seront faites est sensiblement plus léger, plus fort et plus résistant à une plus grande variété de conditions environnementales défavorables que le cuivre."

« C'est un excellent exemple de la façon dont la collaboration avec les laboratoires nationaux élargit considérablement la portée des groupes universitaires, " a déclaré Pasquali. "Nous n'aurions jamais pu faire ce travail sans l'implication intellectuelle et les capacités expérimentales de l'équipe du NIST."