纳米级自旋整流器问世:收集环境射频能量,利用“无用”5G、Wi-Fi信号为设备充电

EETOP 2024-08-20 12:00

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现在无线网络无所不在,空中充斥着各类电磁波,移动设备每时每刻都在接收及发送5G、Wi-Fi及蓝牙等信号。然而,这些电磁波中只有小部分被实际利用,大部分都被忽视,成为了隐形的资源浪费。最近,新加坡科学家取得了一项重大突破,他们发明了一种新技术,能够有效地捕捉这些通常被视为“无用”的环境电磁波,并将其转换为可使用的直流电。
这项新技术由新加坡国立大学(National University of Singapore)的团队研发,他们设计出了一种独特的用于收集环境射频能量的纳米级自旋整流器可以将环境电磁波(如Wi-Fi和移动网络信号)转换为电能。这一发明有望消除人们对各种电子设备电池耗尽的焦虑,相关论文已经刊登在《自然电子学》(Nature Electronics)上。

无线通讯传递信息的电磁波中,只有小部分真正发挥作用,大部分都被浪费。如果能将这些未利用的电磁波能量转换为电力,那么这将是一种可持续的资源回收方式。新加坡国立大学与日本东北大学(Tohoku University)的科学家合作,成功地将环境中的低功率射频(RF)信号转换为直流电(DC),为电子设备和传感器供电,使它们无需电池即可运行。团队已经成功地收集电波为商用温度传感器供电。

旧技术无法将微弱的环境电磁波转换为直流电,但新加坡团队克服了这一挑战。他们使用纳米级自旋整流器(spin rectifier)制作出了更灵敏的整流器,成功地将微弱电磁波转换为直流电。这项充电技术具有巨大的潜力,可以降低耗电装置对电池的依赖,延长设备的运行时间,并减少资源消耗和环境影响。此外,对于交通不便、难以定期更换电池的地点,新技术有望扩大无线传感器和网络设备的使用范围。

团队还设法将接收电磁波的天线整合到芯片中,以提高效率并缩小装置的体积。他们还改进了整流器阵列的连接方式,以降低“阻抗”(impedance)、减少能耗并提升效能。如果成功优化电磁波转换为电能的效率,这将成为一种能够自我维持(self-sustaining)的绿色替代能源。

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