新型灵活设备可以将 WiFi 信号转化为电能

无线电力传输可以追溯到 19 世纪后期，当时尼古拉·特斯拉正在研究无需电线传输电能的方法。几年后，意大利发明家古列尔莫·马可尼发明了第一个完整的、商业上成功的无线电报系统。

后来（在 20 世纪中叶）在硅等刚性基板上建立了高效的射频能量收集器。然而，将这项技术扩展到日常使用的电子系统是非常困难的。尽管已经分析了广泛的柔性半导体以实现真正无处不在的传感，但科学家们尚未在该领域取得任何重要的里程碑。

最近，麻省理工学院的一个研究团队提出了第一个完全灵活的设备，可以将 WiFi 信号转换为电能来为电子设备供电。它是一种新型的整流天线——一种将交流电磁波转换为直流电的仪器——利用灵活的射频天线将电磁波捕获为交流波形。

然后将该天线连接到由 2D 半导体制成的独特设备。该装置将交流信号转换为直流电压，可为电池和电子电路充电。

传统的整流天线使用砷化镓或硅作为整流器，将交流信号转换为直流电源。虽然这些半导体覆盖WiFi频段，但它们是刚性的。使用它们来制造大面积（墙壁、建筑物表面）将非常昂贵。

几十年来，科学家们一直在努力解决这些问题。他们开发了一些高效的整流天线，但它们在低频下工作，无法将信号转换为千兆赫兹频率，这是大多数 WiFi 和手机信号所在的位置。

在这项研究中，研究人员使用了一种名为二硫化钼的新型二维材料，它只有三个原子厚。当这种材料的原子与某些化学物质接触时，它们会以一种充当开关的方式重新定位自己。这迫使材料将其相从半导体转变为金属。

参考：自然 | doi:10.1038/s41586-019-0892-1 |麻省理工学院

这导致半导体与金属的结，称为肖特基二极管，同时最大限度地减少寄生电容和串联电阻。

肖特基二极管的寄生电容远低于现有最先进的柔性整流器的寄生电容。因此，它可以以更快的速率（高达 10 GHz）捕获和转换无线信号，覆盖蜂窝 LTE、蓝牙和 Wi-Fi 使用的射频频段。

研究人员提供

该设备的最大输出效率约为40%，并根据WiFi信号的输入而有所不同。将其纳入内容中，由砷化镓和硅制成的传统整流天线的效率约为 50% 至 60%。该团队计划以更高的效率开发更复杂的系统。

这种新设备的早期应用包括为“物联网”的手持电子设备、医疗仪器和传感器供电。在这项研究中，当整流天线暴露于正常的 WiFi 信号（通常具有 150 微瓦的功率）时，研究人员能够产生 40 微瓦的功率。

阅读：DARPA 将使用激光光源为飞行中的小型飞机提供动力

如今，科学家们正在开发可吞服的药丸，可以将健康数据传回计算机进行诊断。未来，新的整流天线还可用于为此类植入式医疗设备供电。

工业技术