科學家展望更便宜、更環保的無線供電物聯網連接
基於無線供電的電子產品大面積普及後可以實現更便宜、更環保的物聯網。KAUST領導的一個國際團隊建議,依靠替代性半導體材料(如可打印的有機物、納米碳配位體和金屬氧化物)的新興形式的薄膜設備技術可以為經濟和環境上更可持續的物聯網(IoT)作出貢獻。
物聯網將對日常生活和許多行業產生重大影響。它通過互聯網和其他傳感和通信網絡,連接並促進各種形狀和大小的眾多智能物體之間的數據交換–如遠程控制的家庭安全系統、配備了探測道路上障礙物的傳感器的自動駕駛汽車,以及溫度控制的工廠設備。預計到下個十年,這個蓬勃發展的超網絡將達到數万億台設備,從而提高部署在其平台上的傳感器節點的數量。
目前用於為傳感器節點供電的方法依賴於電池技術,但電池需要定期更換,隨著時間的推移,成本高昂且對環境有害。而且,目前全球用於電池材料的鋰的產量可能跟不上傳感器數量膨脹帶來的日益增長的能源需求。
無線供電的傳感器節點可以通過使用所謂的能量採集器,如光伏電池和射頻(RF)能量採集器等技術,從環境中汲取能量,幫助實現可持續的物聯網。大面積的電子器件可能是實現這些電源的關鍵。
KAUST校友Kalaivanan Loganathan與Thomas Anthopoulos和同事一起,評估了各種大面積電子技術的可行性及其提供生態友好、無線供電物聯網傳感器的潛力。
大面積電子技術最近作為傳統矽基技術的一個有吸引力的替代方案出現,這要歸功於基於溶液的加工的重大進展,它使設備和電路更容易在靈活的大面積基材上打印。它們可以在低溫下和可生物降解的基材(如紙)上生產,這使得它們比矽基的同類產品更環保。
“多年來,Anthopoulos的團隊已經開發了一系列的射頻電子元件,包括被稱為肖特基二極管的金屬氧化物和有機聚合物基半導體器件。”Loganathan說:”這些器件是無線能量採集器的關鍵部件,最終決定了傳感器節點的性能和成本。”
KAUST團隊的主要貢獻包括製造射頻二極管的可擴展方法,以採集達到5G/6G頻率範圍的能量。Anthopoulos說:”這樣的技術為在不久的將來以更可持續的方式為數十億的傳感器節點供電提供了所需的構建模塊。”
Loganathan補充說,該團隊正在研究這些低功耗設備與天線和傳感器的單片集成,以展示其真正的潛力。