Antenner gjorda av nanorörsfilmer i kol är lika effektiva som koppar för trådlösa applikationer, enligt forskare vid Rice Universitys Brown School of Engineering. De är också tuffare, mer flexibel och kan i huvudsak målas på enheter.

Rislabbet för den kemiska och biomolekylära ingenjören Matteo Pasquali testade antenner gjorda av "skjuvjusterade" nanorörfilmer. Forskarna upptäckte att de ledande filmerna inte bara kunde matcha prestanda hos vanliga kopparfilmer, de kan också göras tunnare för att bättre klara högre frekvenser.

Resultaten beskrivs i Tillämpad fysikbokstäver föra fram labbets tidigare arbete med antenner baserade på kolnanorörsfibrer.

Laboratoriets skärjusterade antenner testades vid National Institute of Standards and Technology (NIST) -anläggningen i Boulder, Colorado, av huvudförfattaren Amram Bengio, som utförde forskningen och skrev uppsatsen samtidigt som han tog sin doktorsexamen i Pasqualis labb. Bengio har sedan dess grundat ett företag för att vidareutveckla materialet.

Vid målfrekvenserna 5, 10 och 14 gigahertz, antennerna höll sig enkelt med sina metallmotsatser, han sa. "Vi skulle upp till frekvenser som inte ens används i Wi-Fi och Bluetooth-nätverk idag, men kommer att användas i den kommande 5G -generationen av antenner, " han sa.

Bengio noterade att andra forskare har hävdat att nanorörbaserade antenner och deras inneboende egenskaper har hindrat dem från att hålla sig till det "klassiska förhållandet mellan strålningseffektivitet och frekvens, "men Rice-experimenten med mer raffinerade filmer har visat att de har fel, möjliggör en-till-en-jämförelser.

För att göra filmerna, Rislabbet löste nanorör, de flesta av dem enkelväggiga och upp till 8 mikron långa, i en syrabaserad lösning. När den sprids på en yta, den producerade skjuvkraften får nanorören att självjustera, ett fenomen som Pasquali -labbet har tillämpat i andra studier.

Bengio sa att även om gasfasdeponering används allmänt som en satsvis process för spåravsättning av metaller, vätskefasbearbetningsmetoden lämpar sig för mer skalbar, kontinuerlig antenntillverkning.

Testfilmerna var ungefär lika stora som en glasskiva, och mellan 1 och 7 mikron tjock. Nanorören hålls samman av starkt attraktiva van der Waals styrkor, vilket ger materialet mekaniska egenskaper mycket bättre än koppars.

Forskarna sa att de nya antennerna kan vara lämpliga för 5G-nätverk men också för flygplan, särskilt obemannade flygfarkoster, för vilken vikt är ett övervägande; som trådlösa telemetriportaler för olje- och gasutforskning i borrhål; och för framtida "internet of things" -applikationer.

"Det finns gränser på grund av fysiken för hur en elektromagnetisk våg sprider sig genom rymden, "Sa Bengio." Vi ändrar ingenting i det avseendet. Det vi förändrar är det faktum att materialet från vilket alla dessa antenner kommer att vara är väsentligt lättare, starkare och mer motståndskraftig mot en mängd olika ogynnsamma miljöförhållanden än koppar. "

"Detta är ett bra exempel på hur samarbete med nationella laboratorier kraftigt utökar universitetsgruppernas räckvidd, "Pasquali sa." Vi hade aldrig kunnat utföra detta arbete utan NIST -teamets intellektuella engagemang och experimentella kapacitet. "