Hör ordet "antenn" och du kanske tänker på kaninöron på toppen av en gammal TV eller sladden som tar upp radiosignaler för en bil. Men en antenn kan vara mycket mindre – till och med osynlig. Oavsett dess form eller storlek, en antenn är avgörande för kommunikation, sända och ta emot radiosignaler mellan enheter. När bärbar elektronik blir allt vanligare, antenner måste, för.

Bärbara monitorer, smidiga smarta kläder, industriella sensorer och medicinska sensorer blir mycket effektivare om deras antenner är lätta och flexibla – och möjligen till och med genomskinliga. Vi och våra medarbetare har utvecklat en typ av material som erbjuder många fler alternativ för att ansluta antenner till enheter – inklusive spraymålning av dem på väggar eller kläder.

Vårt materialvetenskapslabb fokuserar på nanomaterial, som är fler än 100, 000 gånger tunnare än ett människohår. Under 2011, forskare vid Drexel University Materials Science and Engineering Department utvecklade ett sätt att kombinera metaller med kol- eller kväveatomer för att skapa ett material som är några atomer tjockt, mycket stark och bra på att leda el. Vi kallar dessa material MXenes (uttalas "maksens"), och vi kan göra dem med olika metaller – inklusive titan, molybden, vanadin och niob.

Vårt senaste arbete har identifierat att blandning av MXener med vatten låter oss spraya antenner på vilken yta som helst, inklusive en tegelvägg eller ett glasfönster – och använd till och med en bläckstråle för att skriva ut en antenn på papper. Detta skapar nya möjligheter för mindre, lättare, mer flexibla antenner för att åtfölja enheter som också tillverkas av mer varierade och mångsidiga material.

Antenner är inte riktigt överallt – ännu

Smarta klockor och elektroniska bilnyckelbrickor kan verka avancerade, men forskare arbetar på många fler alternativ, inklusive sjukhusrockar som kan känna av patienternas hjärt- och andningsfrekvens, och stygn som övervakar läkning efter operation. De kommer att behöva antenner också – som är sterila, flexibel, stark och jämn maskintvättbar.

En annan typ av antenn är på väg in i världen, för. Många kredit- och betalkort, samt amerikanska pass, innehåller vad som kallas RFID-taggar, små elektroniska chips som bär identifieringsinformation och överför dem till sensorer som validerar transaktioner eller certifierar identiteten på dokumentets bärare.

RFID-taggar är ännu vanligare i industrin, spåra komponenter i tillverkningsprocesser, individuella lådor och containrar i stora försändelser och till och med kontrollera arbetarnas tillgång till specifika områden på ett kontor eller en fabrik.

Ett brett användningsområde

Sedan Drexels upptäckt av MXenes 2011, forskare runt om i världen har testat hur de fungerar i en mängd olika uppgifter. Några tidiga framgångar har inkluderat energilagringsenheter, elektromagnetisk interferensskärmning, vattenfiltrering, kemisk avkänning, strukturell förstärkning, cancerbehandling och gasseparation.

Alla dessa tillvägagångssätt drar fördel av de fysiska och elektriska egenskaperna hos MXenes:De är transparenta för ljus, elektroniskt ledande, kemiskt stabil och stark.

Enkel sprutning

Vi har undersökt hur man använder ett annat fysiskt attribut som MXenes har:De älskar vatten. När vi blandar ark av tvådimensionell titankarbid MXene med vatten, vi får ett stabilt vattenbaserat bläck. Vi kan spraya eller trycka det bläcket på vilken yta som helst, och när vattnet avdunstar, det som finns kvar är lager av MXene – en MXene-antenn.

När vi gör detta med en titankarbid MXene, den resulterande antennen är mycket bra på att sända och rikta radiovågor, även när det appliceras i ett mycket tunt lager. Våra första tester tyder på att den kan fungera lika bra som vanligare antenner gjorda av guld, silver, koppar eller aluminium. Och eftersom det är så mycket tunnare, en MXene-antenn kan vara effektiv i utrymmen som är för små för andra antennmaterial – även så små som en tusendel av tjockleken på ett pappersark.

Jämfört med andra antenner

När vi gjorde MXene-antenner något tjockare – mer som en tiondel av tjockleken på ett papper – kunde den fortfarande överträffa antenner gjorda av andra högteknologiska nanomaterialbaserade antenner, inklusive kolnanorör, grafen och nano-silver bläck.

Dessutom, MXene-antennerna var mycket lättare att tillverka. Andra tillverkningsprocesser för nanomaterial kräver att de elektroniskt kapabla ingredienserna blandas med andra material för att hjälpa dem att hålla fast vid varandra, och värma dem alla tillsammans för att stärka deras sammankopplingar. Våra MXene-antenner är gjorda i två steg:Blanda MXene med vatten, och spraya det på med en airbrush.

Detta innebär att antenner kan sprayas med airbrush nästan var som helst, av nästan vem som helst, för nästan vilket syfte som helst. Denna nya materialtyp öppnar ett brett utbud av nya möjligheter för elektroniska enheter som kan vara var som helst och fortfarande kommunicera effektivt.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.