Des scientifiques créent une antenne en métal liquide

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Un groupe de chercheurs dirigé par le Dr Jacob Adams, du département d’ingénierie électrique et informatique de l’université d’État de Caroline du Nord, a créé une antenne en métal liquide reconfigurable contrôlée uniquement par la tension.

Cette image montre l'antenne en métal liquide. Crédit photo : Jacob Adams.

Cette image montre l’antenne en métal liquide. Crédit photo : Jacob Adams.

En plaçant un potentiel électrique à l’interface entre le gallium et l’indium eutectiques liquides et un électrolyte, le Dr Adams et ses collègues ont découvert qu’ils pouvaient faire en sorte que les métaux s’étendent en appliquant une tension positive – ou se contractent en appliquant une tension négative.

“L’utilisation d’un métal liquide qui peut changer de forme nous permet de modifier les propriétés de l’antenne de façon plus spectaculaire que ce qui est possible avec un conducteur fixe”, a déclaré le Dr Adams, auteur principal de l’étude publiée dans l’édition du Journal of Applied Physics.

Les scientifiques ont créé l’antenne accordable en utilisant des réactions électrochimiques pour raccourcir et allonger un filament de métal liquide et modifier la fréquence de fonctionnement de l’antenne.

L’application d’une petite tension positive fait couler le métal dans un capillaire, tandis que l’application d’une petite tension négative fait sortir le métal du capillaire.

“La tension positive dépose électrochimiquement un oxyde sur la surface du métal qui abaisse la tension de surface, tandis qu’un potentiel négatif enlève l’oxyde pour augmenter la tension de surface. Ces différences de tension superficielle déterminent la direction dans laquelle le métal s’écoule”, explique le Dr Adams.

“Cette avancée permet d’éliminer ou de régénérer suffisamment la ‘peau d’oxyde’ avec une tension appliquée pour que le métal liquide s’écoule dans ou hors du capillaire. Nous appelons cela la ‘capillarité contrôlée électrochimiquement’, qui ressemble beaucoup à une pompe électrochimique pour le métal liquide.”

Bien que les propriétés de l’antenne puissent être reconfigurées dans une certaine mesure en utilisant des conducteurs solides avec des commutateurs électroniques, l’approche du métal liquide augmente considérablement la gamme sur laquelle la fréquence de fonctionnement de l’antenne peut être accordée.

“Pour les monopoles eutectiques en gallium-indium dont la longueur est comprise entre 75 mm et 4 mm, la fréquence de résonance mesurée s’accorde de 0,66 GHz à 3,4 GHz pour un rapport d’accord à 5,2:1, ce qui est au-delà du rapport obtenu par les antennes à commutateur ou à varactor.”

“En outre, l’efficacité totale mesurée varie de 41% à 70%, ce qui, bien que plus faible qu’un monopôle conventionnel, présente un compromis entre l’efficacité et la polyvalence qui est évident dans la plupart des systèmes accordables.”

“Notre prototype d’antenne utilisant du métal liquide peut s’accorder sur une plage au moins deux fois plus grande que les systèmes utilisant des commutateurs électroniques”, a déclaré le Dr Adams.

Des myriades d’applications potentielles attendent dans le domaine des appareils mobiles.

“La taille des appareils mobiles continue de diminuer et l’Internet des objets en plein essor créera probablement une énorme demande de petits systèmes sans fil”, a déclaré le Dr Adams.

“Et comme le nombre de services qu’un appareil doit être capable de prendre en charge augmente, il en va de même pour le nombre de bandes de fréquences sur lesquelles l’antenne et le frontal RF (radiofréquence reconfigurable) doivent fonctionner.”

“Cette combinaison va créer un véritable défi de conception d’antenne pour les systèmes mobiles, car la taille de l’antenne et la bande passante de fonctionnement ont tendance à être des compromis contradictoires.”

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