Novo dispositivo flexível pode transformar sinais WiFi em eletricidade

• Um novo tipo de retina feita de um semicondutor fino e bidimensional pode converter sinais WiFi em eletricidade.
• Os pesquisadores foram capazes de gerar 40 microwatts de potência quando expuseram a retena a sinais normais de WiFi.
• Isso é energia mais do que suficiente para acionar chips de silício ou acender um LED.

A transmissão de energia sem fio remonta ao final do século 19, quando Nikola Tesla estava trabalhando em métodos para transferir energia elétrica sem fios. Alguns anos depois, o inventor italiano Guglielmo Marconi inventou o primeiro sistema de telegrafia sem fio completo e comercialmente bem-sucedido.

Coletores de energia de radiofrequência eficientes foram posteriormente estabelecidos (em meados do século 20) em substratos rígidos como o silício. No entanto, tem sido muito difícil estender essa tecnologia aos sistemas eletrônicos que são usados ​​no dia a dia. Embora uma ampla gama de semicondutores flexíveis tenha sido analisada para permitir a detecção verdadeiramente ubíqua, os cientistas não alcançaram nenhum marco significativo neste campo.

Recentemente, uma equipe de pesquisa do MIT surgiu com um primeiro dispositivo completamente flexível que pode transformar sinais WiFi em energia elétrica para alimentar eletrônicos. É um novo tipo de retena - um instrumento para converter ondas eletromagnéticas AC em eletricidade DC - que usa uma antena de radiofrequência flexível para capturar ondas eletromagnéticas como formas de onda AC.

Essa antena é então conectada a um dispositivo exclusivo feito de um semicondutor 2D. O dispositivo converte o sinal CA em tensão CC que pode recarregar baterias e alimentar circuitos eletrônicos.

O que é este dispositivo exclusivo?

Os retificadores convencionais usam arsenieto de gálio ou silício para o retificador que converte o sinal CA em energia CC. Embora esses semicondutores cubram a banda WiFi, eles são rígidos. Usá-los para fabricar grandes áreas (paredes, superfícies de edifícios) seria extremamente caro.

Os cientistas vêm tentando consertar esses problemas há décadas. Eles desenvolveram algumas retenas eficientes, mas funcionam em baixas frequências e não podem transformar sinais em frequências gigahertz, onde fica a maioria dos sinais de WiFi e de telefones celulares.

Neste estudo, os pesquisadores usaram um novo material bidimensional chamado dissulfeto de molibdênio, que tem apenas três átomos de espessura. Quando os átomos desse material entram em contato com certos produtos químicos, eles se reposicionam de forma a agirem como um interruptor. Isso força o material a alterar sua fase de semicondutor para metal.

Referência:Natureza | doi:10.1038 / s41586-019-0892-1 | MIT

Isso resulta na junção de um semicondutor com um metal, denominado diodo Schottky, que minimiza a capacitância parasita e a resistência em série ao mesmo tempo.

A capacitância parasita do diodo Schottky é muito menor do que a capacitância parasita dos retificadores flexíveis de última geração existentes. Assim, ele pode capturar e converter sinais sem fio em taxas muito mais rápidas (até 10 gigahertz), cobrindo as bandas de radiofrequência usadas por celulares LTE, Bluetooth e Wi-Fi.

Cortesia de pesquisadores

Resultados e aplicativos

A eficiência máxima de saída do dispositivo é de cerca de 40% e varia de acordo com a entrada do sinal wi-fi. Para colocar isso em conteúdo, retennas convencionais feitas de arseneto de gálio e silício têm eficiência em torno de 50% a 60%. A equipe planeja desenvolver sistemas mais complexos com maior eficiência.

As primeiras aplicações deste novo dispositivo incluem a alimentação de eletrônicos portáteis, instrumentos médicos e sensores para a "internet das coisas". Neste estudo, os pesquisadores foram capazes de gerar 40 microwatts de potência quando a retena foi exposta a sinais WiFi normais (que geralmente têm 150 microwatts de potência).

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Hoje em dia, os cientistas estão desenvolvendo pílulas engolíveis que podem transmitir dados de saúde de volta aos computadores para diagnósticos. A nova retena também pode ser usada para alimentar esses dispositivos médicos implantáveis ​​no futuro.