一種柔性扁平半導體材料，可以收集城市中瀰漫的無線電訊號能量，這可能正是為新一代電子產品供電的理想之選。
麻省理工學院的一個團隊報告在《自然》雜誌上稱，二硫化鉬 (MoS2) 薄膜（一種二維材料，因為它只有三個原子厚）可以像天線一樣，將來自 Wi-Fi、手機以及無線電或電視廣播的無線電訊號轉換為無線裝置的電力。它可以驅動節能型起搏器、助聽器和物聯網 (IoT) 中的感測器。
在沒有重大突破的情況下，提供的電力不足以給手機和平板電腦充電，即使是 Fitbit 也有些勉強。但利用 Wi-Fi 發電的一小步可能即將實現。“電子產品的未來是將智慧帶入我們衣服、書桌到基礎設施的每一個物體，”麻省理工學院電氣工程教授托馬斯·帕拉西奧斯說。“關鍵的缺失環節是如何為所有這些數十億臺裝置供能。” 他說，MoS2 薄片很有前景，因為它們具有柔性，並且可以透過卷對卷印刷廉價生產。
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該小組展示了一種柔性材料，可以收集高達 10 吉赫茲頻率的無線電能量，這涵蓋了廣泛使用的 2.4 吉赫茲和 5 吉赫茲頻段，這些頻段承載著 Wi-Fi 訊號以及其他無線電通訊。柔性對於可穿戴裝置和許多其他感測應用非常重要，但其他柔性材料通常在高於 1.6 吉赫茲的頻率下吸收的無線電功率很少，限制了它們能量收集的潛力。帕拉西奧斯說，這種二維半導體可以從大約 100 微瓦的環境 Wi-Fi 訊號中收集 30 到 50 微瓦的功率，足以執行起搏器、助聽器、應變感測器、通訊鏈路和許多低功耗物聯網裝置。這種系統有可能在沒有電池的情況下執行，從而減輕重量並避免醫療植入物電源在體內洩漏。
德克薩斯大學奧斯汀分校的電氣和計算機工程師 Deji Akinwande（未參與這項工作）表示，麻省理工學院的工作“是首次展示從環境無線訊號中收集能量的重要演示……由於所有東西都整合在同一柔性基板上，因此更具說服力。” “下一個挑戰是擴充套件裝置規模，以產生當代移動應用所需更高的功率。”
能量收集系統已經為其他遠端裝置供電，以避免頻繁更換電池。德國無電池自供電裝置製造商 EnOcean 的執行長 Andreas Schneider（未參與這項研究）表示，目前大多數系統從光、溫差或動能運動中獲取能量。他說，光伏電池可以獲得足夠的光能，在 100 勒克斯的照明水平下為室內裝置供電，這大約是走廊照明的水平，不到標準辦公室照明水平的三分之一。按下機械開關可以產生足夠的能量來發送訊號，以開啟房間另一端或樓梯上的燈。沿熱水管道的溫度梯度可以向供暖系統傳送訊號。然而，該公司發現，除非新增額外的本地無線電發射器，否則環境無線電訊號功率不足以滿足當前裝置的需求，施耐德說，由於擔心電磁場可能達到不健康的水平，“你不會想坐在旁邊”。
展望 5G 無線網路和物聯網的未來，帕拉西奧斯說：“你可能會使用太陽能電池，但你只有白天有陽光。因此，另一種選擇是收集已經存在於射頻訊號中的能量，”例如 Wi-Fi，它大部分時間都在傳輸。
當透過的無線電波與天線相互作用時，無線電能量收集器和無線電訊號接收器都會收集能量。電磁力來回拉動導電材料中的電子，產生電流，電流方向隨波的相位變化而交替變化。為無線電接收器收集訊號的天線將波動的訊號傳輸到放大和將其轉換為音訊或影片頻率的電路。拾取無線電能量的天線將波動的電流傳送到稱為整流器的電子裝置，整流器僅在一個方向上傳輸電流，從而將傳入的交流電轉換為可以為電子裝置供電或為電池充電的直流電。
整流器通常是半導體，而天線通常是金屬且高度導電的。帕拉西奧斯說，二硫化鉬是“一種非常好的半導體”。它可以被改造成高度導電，因此它可以同時用作天線和整流器——一種稱為整流天線的裝置，它是在 20 世紀 60 年代發明的，現在用於射頻識別 (RFID) 和感應卡。
如今，大多數整流天線都是由矽等非柔性半導體構成的小型剛性晶片，這些晶片具有良好的頻率響應，但受到其非柔性的限制。麻省理工學院小組是第一個製造出大型柔性整流天線的團隊，這些天線可以從高達 10 吉赫茲的廣泛使用的免許可無線電頻率中收集能量，而無需電池電壓來觸發該過程。柔性和輕薄對於可穿戴裝置以及可應用於基礎設施、飛機或其他物體以進行持續監控或作為智慧感測器分散式網路一部分的“智慧皮膚”非常重要。僅有三個原子厚的薄層可以透過半導體制造中廣泛使用的化學氣相沉積工藝以低成本在大面積上生長，並且仍然可以在非常高的頻率下工作。
這項技術仍處於實驗室階段。生產需要擴大規模，薄膜需要與它們將供電的裝置整合。另一個挑戰將是設計僅需幾十微瓦功率即可執行的裝置。但帕拉西奧斯預計在五到七年內看到首批商業應用。“您主要需要的是擴大規模，從製造方法上來說，這將使我們能夠以低成本在大面積上製造感測器，”他指出。他預計的其他應用包括透過提供 30 到 50 微瓦的功率來點亮小型顯示器，以及將植入式醫療裝置與外部監控裝置連線起來。至少對於一些應用來說，能量確實可以從空氣中提取。