WiFi也能充電：麻省理工的最新進(jìn)展
圖片來自mit.edu
撰文 | 王 爍
責(zé)編 | 葉水送
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手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等電子設(shè)備，已成為我們生活中必不可少的一部分，然而使用他們時，也需隨身攜帶一大堆充電設(shè)備，令人頭痛不已。假如Wi-Fi也可用來充電，那大部分電器電量不足的煩惱豈不是迎刃而解？
這一設(shè)想有些天方夜譚，但近日，來自麻省理工大學(xué)、馬德里理工大學(xué)以及其他研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家在《自然》（Nature）雜志發(fā)文，稱Wi-Fi信號可被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，為電子設(shè)備充電。這一發(fā)現(xiàn)在無線充電技術(shù)方面取得了突破性進(jìn)展。
尼古拉·特斯拉，圖片來自mentalfloss.com
無線充電技術(shù)其實已經(jīng)不是一個新概念。早在100多年以前，“交流電之父” 尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）就描繪了無線充電的藍(lán)圖。追隨著特斯拉的腳步，無數(shù)科學(xué)家對無線充電開始了深入的探索。然而此前用來無線充電的裝置采用的材料大部分為剛性材料，如硅和砷化鎵，成本較高，充電性能也差強(qiáng)人意，這些缺點限制了這些裝置在無線充電方面的發(fā)展。
無處不在的 Wi-Fi 信號給了科學(xué)家們新的靈感，然而現(xiàn)有的裝置并不能將 Wi-Fi 頻段的信號轉(zhuǎn)化成電能。來自麻省理工學(xué)院的德雷森豪斯及其研究團(tuán)隊采用一種新型柔性整流天線，用于捕捉 Wi-Fi 頻段的信號，并把其轉(zhuǎn)換成直流電直接為電子設(shè)備供電，也就是說，通過這項技術(shù)，電子設(shè)備就可以擺脫電池的限制，用 Wi-Fi 即可隨時充電。
二硫化鉬基柔性整流天線 [1]
這個整流天線主要是由整流二極管和 Wi-Fi 頻段的天線組成。天線用于接收 Wi-Fi 信號，整流二極管用來實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，把交流信號轉(zhuǎn)換成直流電。這種新型整流天線里面用的整流器可不一般，它是由二硫化鉬（MoS2）連接不同金屬相，是一種二維半導(dǎo)體材料，經(jīng)常被用來制作柔性半導(dǎo)體部件。
在接觸特定的化學(xué)物質(zhì)后，二硫化鉬的原子可以重新排列，從半導(dǎo)體相轉(zhuǎn)化成為金屬相。正是由于這種特殊的半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)，整流器才能轉(zhuǎn)換 Wi-Fi 頻段的信號，同時還能降低電路的寄生電容和電阻。寄生電容和電阻越低，整流器的工作效率就越高。
二硫化鉬重新排列后從半導(dǎo)體相（2H）轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傧啵?T/1T'） [1]
那么，它的工作效率能達(dá)到多少呢？研究人員在實驗中發(fā)現(xiàn)，外部條件合適的情況下，這種柔性的整流天線最大輸出功率能達(dá)到40%。換句話說，如果外部供給100 瓦的能量，這種裝置可以產(chǎn)生 40 瓦的電力。盡管和其他剛性整流天線相比（硅基或者砷化鎵基），這種整流天線的轉(zhuǎn)化效率仍較低，但是二硫化鉬價格相對更低，并且無毒無害，更重要的是，二硫化鉬基整流天線是一種完全柔性裝置，這也就意味著它的面積可做得很大，直接覆蓋在物體的表面。種種特性都使它的應(yīng)用前景更為廣闊，比如用在可穿戴設(shè)備、植入醫(yī)療設(shè)備，甚至現(xiàn)在大為熱門的可彎折手機(jī)。
與傳統(tǒng)整流天線效率轉(zhuǎn)換對比（紅色為二硫化鉬基整流天線）[1]
研究人員表示，這項研究可以說是無線充電發(fā)展中的一個里程碑。隨著研究不斷深入，裝置的不斷優(yōu)化，也許在不久的將來，我們真的可以利用無處不在的 Wi-Fi 信號高速上網(wǎng)，同時也可以用 Wi-Fi 信號快速地為各類電子設(shè)備充電。
參考文獻(xiàn)
[1] Xu Zhang, Jesús Grajal, Jose Luis Vazquez-Roy, Ujwal Radhakrishna,Xiaoxue Wang, Winston Chern, Lin Zhou, Yuxuan Lin, Pin-Chun Shen, Xiang Ji, XiLing, Ahmad Zubair, Yuhao Zhang, Han Wang, Madan Dubey, Jing Kong, MildredDresselhaus and Tomás Palacios. Two-dimensional MoS2-enabled flexible rectenna for Wi-Fi-bandwireless energy harvesting. Nature, 2019
[2] https://www.sciencedaily.com/releases/2019/01/190128111718.htm
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