Antenas que instala con un rociador

Con la explosión de teléfonos móviles, WiFi, Bluetooth y otras tecnologías de radio, la demanda de antenas está creciendo. Todo se está volviendo más pequeño e incluso portátil, por lo que las antenas tradicionales son menos prácticas que nunca. Probablemente haya visto antenas de PCB en cosas como ESP8266, pero los investigadores de la Universidad de Drexel ahora están estudiando el uso de carburo de titanio, llamado MXene, para construir antenas delgadas, livianas e incluso transparentes que superan las antenas de cobre. Siguiendo la tendencia de la impresión 3D, estas antenas se rocían como tinta o pintura sobre una superficie.

Una antena tradicional que usa metal lleva la mayor parte de la corriente a la piel (algo que discutimos anteriormente). Por ejemplo, a frecuencias WiFi, la profundidad de la piel de una antena de cobre es de aproximadamente 1,33 micrómetros. Esto significa que las antenas deben ser al menos lo suficientemente gruesas para transportar corriente a esa profundidad desde todas las superficies; prácticamente 5 micrómetros es lo más delgado que se puede llegar a un nivel razonable. Eso no parece mucho, pero cuando intentas hacer algo delgado y flexible, es bastante grueso. Usando MXene, los investigadores fabricaron antenas de hasta 100 nanómetros de espesor, es decir, el 10% de un micrómetro y solo el 2% de una antena convencional.

Hay otros materiales que terminan con antenas delgadas, pero todos tienen desafíos ya sea porque no son muy conductores o difíciles de fabricar. MXene es una familia de materiales relativamente nueva desarrollada en la Universidad de Drexel. Para producirlo, comienza con MAX, que es una combinación de titanio, aluminio y carbono. El aluminio se elimina en un proceso que requiere ácido y agitación durante 24 horas, cloruro de litio y una centrifugadora. Es desagradable trabajar con el ácido fluorhídrico, pero no está fuera del alcance de un cuidadoso laboratorio casero. Puede ver un video de Drexel sobre cómo hacer MXene a continuación. Los investigadores rociaron las antenas sobre un sustrato de plástico delgado.

Lo único que nos pareció difícil fue que las escamas delgadas del MXene específico utilizado se degradan en el aire debido a la oxidación. Esto significa que la producción necesita gas argón y el producto final debe estar laminado con algo que lo proteja del aire, por lo que esto agregará espesor en un dispositivo práctico.

Por supuesto, las antenas de PCB no son nada nuevo. Pero si lee el periódico, verá que estas antenas superan fácilmente a las antenas delgadas convencionales.

  • Peso dice:

    Me gusta el hecho de que Drexel aparece en La-Tecnologia con relativa frecuencia. Vaya dragones.

  • salpicadura de energía dice:

    ¿“Cuidado” con el ácido fluorhídrico? Una bocanada es suficiente para matar.

    • jrfl dice:

      Lo mismo ocurre con el agua.

      • geocrasher dice:

        ¡Cuidado con el monóxido de dihidrógeno!

    • Cierto dice:

      Acabo de leer la página de Wikipedia sobre HF, eso da mucho miedo: el retraso en la exposición a los síntomas da miedo y penetra en los tejidos. Así que la piel, los ojos o la inhalación son todos puntos de entrada y también es un veneno poderoso. Pero tiene un apodo realmente medicinal "El buscador de huesos" porque disuelve el hueso, por lo que cree que no se ha equivocado y su esqueleto se está disolviendo.

    • Boris van Galvin dice:

      Teníamos un tanque de cosas trabajando para destruir la inversión después de ir a la fundición de oro. La comida en la cámara de pulido se usó para hacer la toma del recipiente en un balde lleno de amoníaco, agua y jabón alrededor del fregadero cerca del tanque de fluoruro (balde). Me di la vuelta y había una niebla muy fría a unos 1,5 m del suelo siguiéndome.
      Resulta que el amoníaco y el vapor de fluorhídrico reaccionan en el aire. El lugar fue evacuado hasta quedar vacío.

      Y no hablemos de la semana después de que compartí el contenido del baño de cianuro a través de mí mismo. 🙁
      O el día tiró las pulseras que había preparado directamente al baño de azufre tan pronto como las metí en el baño de cianuro y las miré como una trampa.

    • billtheplatypus dice:

      Acordado. Tuve que capacitarme en él para mi trabajo (IDK, por qué, estaba programado) y cualquier contacto requiere atención médica inmediata. Si puede olerlo, ya ha estado expuesto a demasiado y necesita ir al hospital. Según tengo entendido, no es particularmente ácido, pero es increíblemente tóxico.

  • Bunsen dice:

    Una hoja de metal no necesita ser más gruesa que la profundidad de la piel para llevar un flujo; simplemente ya no reduce las pérdidas de resistencia si lo espesas más que a veces la profundidad de la piel. Una conductividad más alta reduciría la profundidad de la piel, pero los materiales que describen son mucho, mucho menos conductores que el cobre. Su única virtud sobre el cobre parece ser el procesamiento de depósitos de agua.

    Revisé el artículo sobre avances científicos para ver cómo una mala interpretación tan estúpida del significado de la profundidad de la piel se introdujo en la edición de La-Tecnologia, y resultó que salió directamente del periódico. Este documento también abusa constantemente de la terminología de RF estándar, pretende que las mediciones de S11 de alguna manera indican qué tan bien el material es adecuado para producir antenas y ni siquiera informa la ganancia de antena en unidades válidas (continúan informando solo en "dB", por lo que estoy bastante seguro que se refieren a la ganancia máxima en dBi, no a la ganancia promedio, que sería la única forma prudente de utilizar la ganancia como métrica para juzgar los materiales de las antenas). Tal vez su química esté en orden, pero diablos es su contenedor de conocimientos de RF.

    ¿Es Science Advances una especie de papelera de revisión gratuita, accesible y no clasificada con el nombre Science adjunto, o sus revisores simplemente han renunciado por completo a presionar a los autores para que escriban artículos decentes?

    • pag dice:

      +1

    • BrilaBluJim dice:

      Oh bien, no solo yo. Todo ese segundo párrafo era solo un "¿verdad?" después de otro. Pero gracias por señalar que 100 nm es el 10% de un micrómetro. Aunque de donde yo vengo los llamamos “micrones”.

      Casi supongo que la esencia del artículo era que este elegante material, que tiene una conductividad menor que el cobre (es decir, una profundidad de piel más gruesa), hace que su uso para antenas delgadas sea ideal. Supongo que porque puedes esparcirlo muy, muy fino, donde socavará el cobre del mismo grosor. Luego le sugerirán que aplique una capa de cobre sobre el MXene. Ya sabes, para hacerlo un 90% más delgado, o algo así.

    • Jimvandamme dice:

      Un investigador ambicioso habla con un departamento de relaciones públicas. sobre algo genial. Un departamento de relaciones públicas escribe un comunicado de prensa en el que traduce lo que pensaban que decía al lenguaje corriente. "La Universidad _____ descubre posibles avances que pronto podrían revolucionar_____".

      Curiosamente, incluso las revistas técnicas publican tanta basura sin levantar el teléfono y hablar con las personas que hicieron el trabajo, para ver cuáles son los detalles. Y algunas supuestas revistas de ingeniería no tienen ingenieros que escriban artículos.

      • Scott Schwab dice:

        ¿Qué pasa si lo salpico sobre algo por accidente? ¿Podré eliminarlo y qué se necesita para eliminarlo?

    • Martín dice:

      (Bueno) la carga de imitación también tiene un S11 bajo 🙂

      • Coronel Panek dice:

        Y es mucho más plano debido a la frecuencia.

        Pero si no tiene elementos disipadores en su dispositivo probado y tiene un buen S11, todo lo que inserta irradia.

  • Walter dice:

    Para todos los fanáticos del sistema imperial, estas antenas MXene de 100 nm de grosor tienen, de hecho, 0,0000039 pulgadas de grosor.

    • BrilaBluJim dice:

      o, para 'Murikans, eso es 0.0000039 pulgadas. Ya sabes, porque usamos el punto y coma para el punto decimal, no la coma.

      • customdev dice:

        Olvidaste que algunos de nosotros todavía usamos el angstrom.

        • Factura dice:

          Necesitamos descartar todas estas unidades incompatibles y estandarizar el Smoot. (o, en este caso, Pizza Smoot)

          • Coronel Panek dice:

            Por cierto, Oliver Smoot todavía está por aquí. Mi hija lo conoció recientemente en Boston.

    • Bunsen dice:

      O, si quieres algo agradable y conveniente, alrededor de 3,2 pares de yugo.

      • DainBramage dice:

        Esa podría haberse convertido en mi segunda unidad de medida favorita, justo detrás del Smoot.

  • zakqwy dice:

    Oof. HF. No estoy seguro de estar de acuerdo con que esto suceda alguna vez en un laboratorio doméstico.

    • Factura dice:

      Sí, el nivel de las herramientas de seguridad en ese video, más la nota de que omitieron el equipo de seguridad para obtener un mejor video, ¡me lo deja muy claro!

  • Lucas dice:

    Los lectores deben ser muy escépticos con el periódico.

    ¿Alguien más se da cuenta de que el artículo hace comparaciones absurdamente poco representativas? Las comparaciones realizadas en su sección de transmisión no tienen casi nada en común con su diseño de referencia, y sospecho que las antenas sufren el mismo problema. Su estructura de fabricación de papel IEEE Microwave Components and Letters de Gold (que afirman superar) utilizó una línea de transmisión drásticamente más pequeña (1,7 mm frente a 0,081 mm de ancho de conducción del núcleo para empezar), y se llevó a cabo en un sustrato drásticamente diferente. https://ieeexplore.ieee.org/document/798027/

    Sus materiales comparativos de aluminio y cobre ni siquiera se parecen. Se rocían grandes escamas sobre un sustrato, pero el VSWR no se mide de manera robusta. VSWR como una medida de la función de la antena de alguna manera está utilizando el zumbido de un motor inactivo como un indicador de qué tan bien se está desempeñando su automóvil. Es un buen comienzo, pero apenas es descriptivo y varía por muchas razones. Además, si está conduciendo un automóvil lejos del terreno y el motor suena como un contenedor de basura, no tiende a asumir que es un indicador razonable de los otros automóviles que podría encontrar. La sección sobre materiales complementarios (http://advances.sciencemag.org/content/advances/suppl/2018/09/17/4.9.eaau0920.DC1/aau0920_SM.pdf) sugiere que las antenas de película gruesa ni siquiera encajan correctamente. Las antenas de nanopolvo de plata pueden acercarse fácilmente al grosor con el que funcionan, por lo que ni siquiera pueden afirmar que no se pueda fabricar una comparación con sus estructuras delgadas.

    Me mata porque este artículo está lleno de charlas y propaganda, pero por lo demás ignora muchos de los detalles de acción de lo que podría ser material realmente genial, haciendo todo tipo de comparaciones entre manzanas y naranjas y descuidando la práctica básica del proyecto. Lo que podría vender este material no es sobre la eficiencia de RF, sino sobre cuestiones de costo y velocidad de fabricación. ¿Cuánto tiempo necesita curar, qué tratamiento térmico necesita y qué tan limpio debe estar el entorno de fabricación?

    / lloriquear

    • hexandflex dice:

      Acordado.

      Probablemente sepan mucho de química, pero nada de antenas.

      Si la pérdida de retorno mejora sistemáticamente cuando adelgaza la antena, entonces mi primer pensamiento sería que se trata solo de pérdidas de resistencia.

      Tampoco veo ninguna señal o discusión sobre balun. Esto es fundamental para las fes dipolo con coque.

      • John Spencer dice:

        +1

    • jafinch78 dice:

      Parece que las pinturas conductoras con níquel, cobre y, obviamente, plata son la mejor forma más realista. Esto parece más como usar "grafeno" o partículas de carbono conductoras como material de la antena.

      • jafinch78 dice:

        Estas son las características eléctricas que coinciden con el papel:
        https://www.memsnet.org/material/titaniumcarbideticbulk/
        https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:18001610

        Aquí hay algunos otros valores materiales para la resistencia eléctrica: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Tables/rstiv.html

      • Martín dice:

        El carbono es adecuado para resistencias de baja inductancia de 50 ohmios. También ofrecen VSWR bajo. 🙂

    • UglyOnCopper dice:

      "VSWR como una medida de la función de la antena de alguna manera usa el zumbido de un motor inactivo como un indicador de qué tan bien está funcionando su automóvil. Es un buen comienzo, pero es poco descriptivo y varía por muchas razones".
      ¡Guau! lo dijiste de esa manera! ¡muy bien dicho!

Gloria Vega
Gloria Vega

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