新しいフレキシブルデバイスはWiFi信号を電気に変換できます

• 薄い2次元の半導体で作られた新しいタイプのレクテナは、WiFi信号を電気に変換できます。
• 研究者は、レクテナを通常のWiFi信号にさらしたときに、40マイクロワットの電力を生成することができました。
• これは、シリコンチップを駆動したりLEDを点灯させたりするのに十分な電力です。

ワイヤレス電力伝送は、ニコラテスラがワイヤーなしで電気エネルギーを転送する方法に取り組んでいた19世紀後半にさかのぼります。数年後、イタリアの発明家グリエルモマルコーニが、最初の完全な商業的に成功した無線電信システムを発明しました。

効率的な高周波エネルギーハーベスターは、後にシリコンなどの剛性基板上に確立されました（20世紀半ば）。しかし、この技術を日常的に使用される電子システムに拡張することは非常に困難でした。真にユビキタスなセンシングを可能にするために、さまざまなフレキシブル半導体が分析されていますが、科学者はこの分野で重要なマイルストーンを達成していません。

最近、研究チームMITは、WiFi信号を電気エネルギーに変換して電子機器に電力を供給することができる最初の完全に柔軟なデバイスを考案しました。これは新しいタイプのレクテナであり、AC電磁波をDC電気に変換するための機器であり、柔軟な高周波アンテナを使用して電磁波をAC波形としてキャプチャします。

次に、このアンテナは2D半導体で作られた独自のデバイスに接続されます。このデバイスは、AC信号をDC電圧に変換し、バッテリーを再充電して電子回路に電力を供給します。

このユニークなデバイスは何ですか？

従来のレクテナは、AC信号をDC電力に変換する整流器にガリウムヒ素またはシリコンのいずれかを使用します。これらの半導体はWiFi帯域をカバーしていますが、剛性があります。それらを使用して広大な領域（壁、建物の表面）を作成するには、非常に費用がかかります。

科学者たちは何十年もの間、これらの問題を解決しようとしてきました。彼らはいくつかの効率的なレクテナを開発しましたが、それらは低周波数で動作し、ほとんどのWiFiおよび携帯電話の信号が存在するギガヘルツ周波数で信号を変換することはできません。

この研究では、研究者は、わずか3原子の厚さの二硫化モリブデンという名前の新しい2次元材料を使用しました。この材料の原子が特定の化学物質と接触すると、スイッチとして機能するように再配置されます。これにより、材料の相が半導体から金属に変化します。

参照：自然| doi：10.1038 / s41586-019-0892-1 | MIT

これにより、ショットキーダイオードと呼ばれる半導体と金属の接合が実現し、寄生容量と直列抵抗が同時に最小化されます。

ショットキーダイオードの寄生容量は、既存の最先端のフレキシブル整流器の寄生容量よりもはるかに低くなっています。したがって、セルラーLTE、Bluetooth、およびWi-Fiで使用される無線周波数帯域をカバーし、はるかに高速な速度（最大10ギガヘルツ）でワイヤレス信号をキャプチャして変換できます。

研究者の礼儀

結果とアプリケーション

デバイスの最大出力効率は約40％で、WiFi信号の入力によって異なります。これをコンテンツに入れると、ガリウムヒ素とシリコンで作られた従来のレクテナの効率は約50％から60％です。チームは、より効率の高い、より複雑なシステムを開発することを計画しています。

この新しいデバイスの初期のアプリケーションには、ハンドヘルド電子機器、医療機器、および「モノのインターネット」用のセンサーへの電力供給が含まれます。この研究では、レクテナが通常のWiFi信号（通常は150マイクロワットの電力）にさらされたときに、研究者は40マイクロワットの電力を生成することができました。

読む：DARPAはレーザー光源を使用して小型航空機にオンザフライで電力を供給します

今日、科学者たちは、診断のために健康データをコンピューターにストリーミングできる飲み込み可能な錠剤を開発しています。新しいレクテナは、将来、このような埋め込み型医療機器に電力を供給するためにも使用できます。