用WiFi信号发电！MIT新研究改写充电方式

无线网络无处不在。美国和西班牙的科学家们没有放过这个看似微不足道但范围广泛的无线电频率信号。他们用只有几个原子厚的二维半导*造了一种新型整流天线。它可以捕捉无线信号并将其转换成电能，为电子设备提供电能。这使得无线网络有可能成为未来广泛使用的电源。

由于这种新型设备非常轻薄灵活，在未来将有广阔的应用前景，包括柔性手机、可穿戴电子设备、植入式医疗设备、物联网传感器等。在实验中，当研究人员将这种设备暴露在无线信号下时，他们可以产生大约40微瓦的能量，足以点亮手机显示器或硅芯片。目前，研究人员开发的这种设备的能量转换率约为30%，他们将在下一步进一步提高设备的效率。

除了使用无线网络，研究人员说4G、蓝牙和我们周围的其他射频信号可以被使用并转换成电能。领导这项研究的麻省理工学院教授托马斯·帕拉西奥斯说，这项突破为后来从环境中收集能源铺平了道路。“当你有了这样一个能量收集装置，你可以每天收集能量，一周七天，然后储存在电池里以备后用。”研究结果发表在科学杂志《自然》上。根据研究人员的说法，这项技术的应用最早可能在5到7年后出现。

WiFi信号如何变成电？

研究人员将天线连接到厚度只有三个原子的柔性半导体层上。该天线捕获无线网络和其他射频信号，并将其转换成交流电。之后，交流电被转换成直流电，可以被半导体二硫化钼中的电子设备直接使用。通过这种方式，无电池设备可以被动捕捉无处不在的无线信号，并将其转换成有用的DC电源。

天线和二硫化钼二极管集成在聚酰亚胺薄膜上。天线和二硫化钼二极管集成在聚酰亚胺薄膜上。

在实验室里，研究人员将这种灵活的设备放在一个150微瓦的无线信号环境中，它可以产生大约40微瓦的能量。“与计算机需要的60瓦相比，40微瓦似乎不多，但我们仍然可以用它做很多事情。”托马斯·帕拉西奥斯说。

为了制造这种新型整流器，研究人员使用了一种新的二维材料，称为二硫化钼(MoS2)。它的三原子厚度是世界上最薄的半导体之一。它是由钼和硫组成的化合物。从外面看，它几乎和石墨烯一样。在二硫化钼中，两层硫原子像“三明治”一样夹在一层钼原子中间。二硫化钼的电子转移速率约为100cm2/vs(即100个电子/伏特/秒/平方厘米)，远低于晶体硅的电子转移速率1400 cm2/vs，但优于非晶硅和其他超薄半导体。

此外，二硫化钼具有储量丰富、价格低廉、易于制造和无毒等特点，因此许多科学家认为其前景广阔。

“我们将二硫化钼设计为二维半导体金属结，并构建了一个原子般薄的超快肖特基二极管，同时将串联电阻和寄生电容降至最低。”该论文的第一作者张旭说。肖特基二极管的导通电压非常低。当电流流过典型的二极管时，它将产生大约0.7-1.7伏的电压降。然而，肖特基二极管的电压降仅为0.15-0.45伏，从而提高了系统的效率。

无处不在的智慧

研究人员使用的材料是灵活的，可以是大的或小的，覆盖非常大的区域，例如墙壁或天花板，以及集成到可穿戴设备、传感器、可植入医疗设备中...

“如果将来能开发出覆盖整个高速公路或整个办公室墙壁的电子设备，将如何供电？”托马斯·帕拉西奥斯说。“我们提出的为电子设备供电的新方法很容易在大范围内集成，收集无线能量，并为我们周围的每一个物体带来智能。”

天线将无线网络中的电磁辐射转换成交流电信号，基于二硫化钼的二极管将交流转换成DC，为电子设备供电。

该论文的合著者、西班牙马德里科技大学的杰西·格拉哈尔认为，另一种可能的应用是为植入式医疗设备的数据通信提供电源。因为WiFi和其他射频信号可以通过人体，这种新设备可以应用于植入物，提供足够的能量将健康数据传输到外部接收器。目前，许多研究人员正在开发可吞服的药丸，并能收集和传输健康数据。“理想情况下，你不会想用电池为这样的系统供电，因为如果锂泄漏，病人就会死亡。”杰西·格拉哈尔说，“所以从环境中获取能量并为体内的这些小实验室提供能量要好得多。”

目前，具有灵活性甚至灵活性的智能手机是各大科技公司竞争的热点。这也是一个可以应用灵活的新“电源”的领域。在实验室里，研究人员使用典型功率水平的无线信号产生40微瓦的功率，这足以点亮移动显示器或硅芯片。