Giriş: IoT Power Challenges ve Graphene'nin sözlüğü

Nesnelerin hızlı çoğalması (IoT) cihazları, geleneksel bataryaların ve kablo bağlantıların ötesine geçen güç çözümleri için acil bir ihtiyaç yarattı. milyarlarca sensör, giyilebilir cihazlar ve şimdi her birkaç ay boyunca bir para hücresi bataryasını değiştiren ortamlarda gömülü cihazlar - endüstriyel izleme istasyonları, tarım arazi düğümleri, tıbbi implantlar ve akıllı inşa edilen bağlantıların hepsi aynı kısıtlamadan muzdarip: enerji erişimi. Kablosuz güç transferi (WPT) teknolojiler gerçekten otonom IoT ekosistemleri ve grafikler için kritik bir şekilde ortaya çıktı - karbon dışı özellikleri ile tek bir atomik tabaka - bir güç aktarımına dönüştü.

Geleneksel WPT, 2004 yılında üretilen ve şimdi büyük filmlerin birleşimi gibi yaklaşımlar, doğrudan bu sınırlamaları ele alan mekanik özellikler sunar.Performanslar, ısı iletkenliği ve sınırlı esneklik. Graphene, 2004 yılında keşfedildi ve şimdi büyük boyutlu yüzeylere uygun olarak, bir sonraki WPT'ye doğrudan hitap eden bir enerji ürünü için ideal bir platform sunuyor - bu kısıtlamaların aşırı derecede yüksek çözünürlükte, ısı iletkenlik yaklaşımları, W/m·K ve mekanik esneklik 5000'i sıkılaştırmaya ve mekanik esneklik sağlar.

Graphene'nin Kablosuz Güç Transferleri için Benzersiz Özellikleri

Dışsal Elektriksel Davranış

Graphene'nin elektrik iletkenliği, bakırdan daha yüksek bir miktardır, ancak sadece bir atom kalınlığıdır. Bir WPT bağlamda, bu, tırnak ile iletim ve almada daha düşük ohmik kayıplar anlamına gelir; doğrudan yüksek enerji transfer verimliliğini (PTE) belirli bir mesafeye kadar verir.Resonant indüktif darbe sistemleri için, kaliteli faktör () Q[FLT) özellikle de iletkenlik ile çalışır.

Mekanik Flexability and Thinness

IoT cihazları giderek çeşitli form faktörlerine geliyor -akıllı kontak lensleri, epidermal yamalar, esnek görüntüler ve hatta biyodegrad edilebilir çevresel sensörler. Graphene'nin atom seviyesinde incelik (0.345 nm per katmanı) ve intrinsic esnekliği WPT bileşenlerinin bu sertleştirici yüzeylere dahil edilmesine izin veriyor ve kolayca bir masaya yerleştirilebilen bir çalışma masasına yerleştirilebilen bir çalışma masasına yerleştirilebilen bir şekilde yeniden şarj edilebilir.

Üstün ısı Yönetimi

Heat deployment WPT sistemlerinde kalıcı bir meydan okumadır, özellikle güç seviyesi arttıkça. Zavallı termal yönetim verimlilik bozulmasına, IoT cihazlarının yaşlanmasına ve güvenlik risklerine yol açar. Graphene'in termal iletkenliği - yaklaşık 10 kez bakırın - özellikli WPT alıcısı, bir ısı yayılımı olmadan ısınabilen 5 sürekli W güç alımına devam edebilir, geleneksel bir bakır tabanlı tasarım gerektiren bir ısıtılabilirken, daha yüksek enerji transfer oranlarına ihtiyaç duyacaktır.

Broadband Frekans Yanıtı

Birçok WPT sistemleri şimdi düşük seviyeli aralığında (2.4 GHz, 5.8 GHz ve ötesinde) daha küçük anten geometrilerinden yararlanmak ve daha az kalabalık ISM gruplarının (Qi, Rezence, AirFuel ve özel RF hasat grupları) çok sayıda farklı ayarlayıcının kullanılması için gerekli olan bir cihazdır.

Key Graphene-Enabled WPT Technologies

Inductive ve Resonant Coupling için Grafiksel Resonant Bantlar

İndüktif ve rezonans manyetik darbe, 12 mm bantlı her şeyde kullanılan en olgun WPT yöntemleri olarak kalır - tıbbi implantlara kadar şarj edilebilir.Spektif veya CVD-grown grafiklere sahip bakır rüzgarlar da, araştırmacılar vitreo veya ısıtılmış 10 mm'ye kadar gelen cihazlara konu olan elektriksel basınçları azaltırlar.

RF Enerjinin Azaltılması için Graphene Rectennas

Antenleri yeniden tanımlamak - Schottky diyotları için mükemmel bir aday sunmak - son çalışma, 2.45 GHz'in üzerinde yeniden birleştirici verimlilikle elde etmek ve 20'nin üzerinde dBm'nin yüksek elektron hareketliliğinden dönüşüm verimliliğine kadar mükemmel bir aday haline getiriyor.Bu performans seviyeleri, mikro-yapıcılı IoT sensörleri için yeterince hileli bir şekilde üretmiştir.

Graphene-Enhanced Capacitive Power Transfer

Capacitive kablosuz güç transfer (CPT) manyetik alanlardan ziyade elektrik alanları kullanır ve metal nesnelerin indüktif bantlara müdahale edebileceği uygulamalar için çekicidir. Graphene'nin yüksek yüzey alanı ve iletkenliği, yüksek verimli bir darbe ile bir cihazın konutuna gömülüp, sert elektrotlar için gerekli olan esnek plaka elektrotları ortadan kaldırır.CPT, IoT'nin camları için daha fazla kilo seviyesindeki güç iletimini sağlar, ancak IoT için odak noktası düşük güç, yüksek verimli bir şekilde etkilileştirici betonlar için yüksek verimsiz.

Son Araştırma ve Dağcılık

2022 yılında yapılan bir çalışma:0Doğasal İletişim[Dönetici: 1) Bir grafikte çalışan bir 5 cm boşluğun üzerinde 90 verimlilik elde eden bir kablosuz güç alıcısı (aynı geometride karşılaştırılabilir bakır sistemi üzerinde 15 yüzde puanın iyileştirilmesi ().

Manchester Üniversitesi ve Barselona Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nde araştırmacılar, 0 dBm giriş gücü ile 0 dBm giriş gücü ile 0 ()Nano Enerji 2022, arasında esnek polipire (PET) substratlar üzerinde çalışır ve 0 dBm giriş gücü ile entegrasyon için uygun hale getirirler.

Bir başka önemli ilerleme Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nden (KIST), bir grafiken tabanlı enerji bazlı modülasyon modülünün bir araya geldiği, toplam hibrit sistem üretmek için termoelektrik jeneratörleri ile birlikte, bakır bazlı bir hibritliğe kıyasla% 85 W'yi azaltın.

Endüstri araştırması da hızlanıyor. 2023 yılında, Graphene Flagship partner AIXTRON tarafından yönetilen bir konsorsiyum, teknolojinin pratik dağıtımlara yönelik laboratuardan başarıyla aktarıldığını gösteriyor.

IoT uygulamaları

Akıllı Tarım

Çiftliğindeki kablosuz sensör ağları, toprakta gömülü olan düğümleri gerektirir, ya da hayvan yakalarına yerleştirilen esnek bir pakettir.Bu düğümlerin güneş enerjisi ile şarj edilmesi veya sabit bir vericiye sahip olması gerekir.Bir grafiken bant alıcısı, sağlam, esnek bir pakette nem ve sıcaklık hızları ile test eder.

Giysilenebilir Sağlık İzlemeleri

Sürekli sağlık izleme günler veya haftalar boyunca yıpranmış cihazlara dayanıyor - ECG için akıllı yamalar, şeker algılaması veya ilaç teslimiyeti. Graphene'nin esnekliği, güç alıcının yamasız ve rahat kalmasını sağlar. Ayrıca mükemmel termal yönetim, cilt tahrişini şarj sırasında yerelleştirilmiş ısıtmadan alıkoyabilir.

Industrial IoT ve Otomasyon

Fabrikalarda, dönen makineler, konveyör bantları ve boru sensörleri kolayca kablolanamıyor. Graphene WPT alıcıları doğrudan metal yüzeylere indüklenen katmanlar ve yüksek frekanslı operasyon endüstriyel robotik ile müdahale azaltır; bir grafik WPT modülü her bir devrim sırasında bir süper kapasiteli veya çevresel RF kaynaklarından güç almak için tek bir sensöre izin verebilir, verici başarısızlık durumunda bir tasarruf sağlar.

Çevresel İzleme

Uzak çevresel sensörler - hava kalitesi, su pH, vahşi yaşam takip - düşük ışık veya gölgeli koşullarda başarısız olan güneş panellerine güvenmektedir. sensör konutlarında gömülü bir grafik oluşturabilir RF enerji (AM/FM, TV, hücresel) Bu tür cihazlara ek olarak güneş bağlantılarını ve elektrikten uzak tutabilirler.

Akıllı Evler ve Tüketici Kaddafi

Tüketici IoT -akıllı konuşmacılar, kapı kilitleri, ışık anahtarları - mobilya içinde görünmez olan grafiklerle basitleştirilmiş olabilir. Graphene bantlar da masa üstlerinde baskılanabilir, cihazlardan şarj edilebilir (pişmanlıklı ısılar) Bazı bölgeye yerleştirilerek şarj edilebilir. çünkü grafikte ısılar görüntülenebilir (sofa kolları, araba koltukları) yangın riski olmadan.

Meydanlar ve Sınırlar

İmalat Scalability ve Maliyet

Hızlı ilerlemeye rağmen, büyük akropol sentez tutarlı kalitede pahalı kalır.Kimya folyosu üzerinde (CVD) en yüksek kaliteli filmler üretir, ancak yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüzeylere veya gözyaşları olmadan aktarmaları sağlamak, daha düşük maliyetli bir şekilde baskı yapmak için daha yüksek maliyetlidir.

Verimlilik Ticareti Alt Güç Düzeylerinde

Graphene'nin iletkenliği en belirgindir yüksek frekanslarda ve yüksek güç kesintilerinde. Sadece mikrowattlara ihtiyaç duyan IoT cihazlar için (örneğin, sıcaklık sensörleri, grafikten elde edilen performans artışının marjinal olabileceği ve toplam 1-10 mW'nin toplam gücündeki artışları haklı olmayabilir.Bu düşük güç seviyelerinde, daha basit bir morfiğe veya PCB tabanlı antenler yeterli performans gösterir.

Mevcut Ecosystems ile entegrasyon

Bugünün WPT standartları (Qi, Power Matters Alliance, AirFuel) bakır kilitler ve geleneksel retifiers ile tasarlanmıştır. Bu grafik bileşene yeniden yerleştirmek, standartların farklı uyum ve ayar için güncelleştirilmesini gerektirir, veya bu cihaz üreticileri adaptörler ile geri uyumlu hale getirir.

Güvenlik ve Düzenlemek

Kablosuz güç iletimi, özellikle yüksek güç ve frekanslarda, WPT vericilerinin daha zor olabileceği anlamına gelir, ancak maksimum alan gücünde (örneğin, ISM bandında çalışan grafiklere uygun olarak filtreleme gerektirir.) hala mevcut güvenlik standartlarına uyması gerekir.Ayrıca, WPT vericilerinin termal avantajları daha fazla yollanabilir, ancak en yüksek alan gücünde (örneğin ISM cihazı için yasal sınırlar.COM Part 18 for ISM) için daha fazla sayıda tedarikçi dağıtım için gerekli olan ölçümler için gerekli olan.

Future Perspektifleri

5G/6G ve Ubiquitous Power ile Convergence

Planlanan büyük MIMO dizileri ve yoğun küçük hücreli dağıtımlar 5G ve 6G ağlarında, iletişim sinyallerine kablosuz güç teslimi için bir fırsat yaratmaktadır. Graphene antenleri, aynı anda iletişim ve güç resepsiyonunu farklı frekans gruplarından yararlanabilir, IoT cihazlarının her zaman bir güç şebekesine ulaşmasına izin verir. Grafik tabanlı fazlı-array retennas, her iki boyutlu olarak söz veriyor.

Hibrit Enerji Üretilmesi

Future IoT cihazları muhtemelen bir TEG için ısı yayıcısı olarak ısıtacak ve RF hasat için bir paket haline gelecek. Graphene'nin multifonksiyonu, bu tür hibrit sistemler için doğal bir aday haline getiriyor: 1 mmen tabakası, bir mikro hücre için şeffaf bir elektrot olarak hizmet edebilir, çünkü RF hasat için bir ısı azalır. Birkaç araştırma grubu bu işlevlerin tüm bu işlevleri 1 mm-ticke'de entegre eden "çevrede" üzerinde çalışıyor.

Standartlaştırma ve Interoperability

Uluslararası Kablosuz Güç Konsorsiyumu gelişmiş malzemeler üzerinde bir çalışma grubu başlattı ve grafikene merkezi bir konudur. Standartlaştırma çabaları grafikte kilitlenmiş profiller, esnek alıcılar için şarj protokolleri ve amplifikasyon yöntemleri, NIST gibi kurumlarda test yöntemleri geliştirilecektir.

Sıfır-Maintenance IoT

Nihai vizyon, tüm gücünü kablosuz bir şekilde alan ve asla bir batarya değişikliğine ihtiyaç duyan bir IoT cihazıdır.In grafiken etkin mikro kontrol cihazı ile% 80'lik bir verimlilik ile 1 m (örneğin yeniden ışınlama) için sensör ağları, akıllı şehirler, köprüler, boru hatları ve ormanları merkezi olarak güçlü bir şekilde çalışır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Grafikte kablosuz güç transfer teknolojileri, IoT cihazlarının nasıl tasarlandığı ve konuşulduğunda temel bir değişim temsil eder.Inlangıçta bulunan grafikte, esneklik, termal yönetim ve geniş kapsamlı yanıt, mühendisler WPT alıcıları ve verici sistemler inşa edebilir, maliyet azaltımı ve standartlaştırma sağlarken, ancak grafikte arka planlayıcılar, resonan kilitler ve hibrit hasatörler, verimlilikte zaten önemli kazanımlar elde eder.