あまり考えないかもしれませんが、アンテナはどこにでもあります。 私たちの携帯電話、車、私たちが買う服の盗難防止タグ、そしてモノのインターネットがますます存在する現実になるにつれて、それらは電子レンジやランプなどの新しい場所に現れています。 そのため、エンジニアは、アンテナをより小さく、より軽く、より簡単に適用できる方法を探していました。
現在、ドレクセル大学の研究者は、ほぼすべての表面に文字通りペイントのようにスプレーすることで、ほとんど目に見えないアンテナを作成する方法を開発しました。 アンテナは、MXeneと呼ばれる特別な2次元の金属材料で作られています。 MXeneパウダーを水に溶かしてペイントを作成し、それをエアブラシで塗ります。 テストでは、わずか62ナノメートルの薄さ（紙の数千倍の薄さ）でも効果的に通信できます。 パフォーマンスはわずか8ミクロンで最大になりました。これは、モバイルデバイスやワイヤレスルーターで現在使用されているものと同様に、スプレー式アンテナが機能するポイントです。
アンテナは非常に薄いため、医療用センサーのような小さなデバイスであっても、重量や体積を追加せずにスプレーできます。 また、柔軟性も高いため、カーテンのように平らではない表面を移動できます。 研究者たちは、特にウェアラブルに関しては、アンテナが無線デバイスとモノのインターネットの大幅な改善をもたらす可能性があると言います。靴下にアンテナを吹き付けて追跡することもできます。
「これにより、あらゆるアイテムとの無線通信が可能になります」と、研究を率いた材料科学および工学の教授であるユリー・ゴゴトシは言います。 「すべてが接続される世界に向かっているので、これは本当の違いを生む可能性があります。」
所有するアイテムにすぐにアンテナを適用して、それを通信デバイスにすることができると想像してください。 犬の首輪にアンテナを取り付けて、犬が迷子にならないようにすることができます。 冷蔵庫に置き、電話と通信できるようにします。 テニスボールに置いて、サーブの速度を監視します。
この研究は最近、 Science Advances誌に掲載されました。
2次元の炭化チタン材料であるMXeneは、2011年にドレクセルの研究者によって発見され、2015年に特許を取得しました。超強力で導電性で、数秒で電話を充電できるバッテリー電極などのエネルギー貯蔵デバイスで使用される可能性が示されています。 デバイス間の電磁干渉の防止。 空気中の危険な化学物質の検知など。 この研究では、MXeneアンテナの性能は、現在の「熱い」ナノ材料であるグラフェンで作られたアンテナの50倍です。
他のナノ材料とは異なり、MXeneはナノ粒子を接着するためにバインダーや加熱を必要としません。 必要なのは、水と混ぜてエアブラシでスプレーすることだけです。 結果として得られるアンテナは、古いテレビのアンテナを動かすのと同じように、受信に影響を与えますが、織物などの移動および屈曲する素材でも動作します。
アンテナのスプレーは「興味深いアプローチです」と、バッファロー大学の電気工学の教授で、通信ネットワークとモノのインターネットに取り組んでいるジョセップ・ジョーネットは言います。
薄い柔軟なアンテナに関するほとんどの研究は印刷に関係している、とJornetは言います。 しかし、スプレーはより速くなる可能性があります。
しかし、論文に示されているアンテナの性能は「非常に優れています」とジョーネットは言います。「アンテナ自体は金属片にすぎません」
彼は、アンテナを最大限に活用するために、まだ存在しないタイプの柔軟な電子機器（伸縮可能な携帯電話やロールアップタブレットを考えてください）とペアになると説明します。 これは多くの研究者が取り組んでいるものですが、まだ実現していません。
ドレクセルチームは、粗い素材のセルロース紙と滑らかなポリエチレンテレフタレートシートでスプレーアンテナをテストしました。 彼らは現在、ガラス、糸、皮膚を含む他の表面でそれをテストすることを計画しています。糸アンテナは接続された織物を作り、皮膚は獣医学または人間医学に応用できます。 彼らは、アンテナの恩恵を受けることができる製品の開発に興味のある投資家または商業パートナーと提携したいと考えています。
アンテナは、皮膚に直接スプレーされるウェアラブルまたはヘルスモニターに使用される可能性がありますが、MXeneには人間に使用されたという記録がほとんどないため、Gogotsiは注意を促しています。
「私たちは常に新しい素材に少し関心を持っています」と彼は言います。 「生体適合性ですか？ 長期的な影響はありますか？ 皮膚に直接貼る前に待つことをお勧めします。」
チームは、導電率と強度の観点から材料を最適化する方法も検討しており、より薄く、より正確な形状でスプレーしやすくし、さまざまな周波数で機能させる可能性を秘めています。
「改善の余地は十分にあります」とGogotsi氏は言います。 「最初のものは決して最高のものではありません。」
