一种柔性扁平半导体材料，可以收集城市中弥漫的无线电信号能量，这可能正是为新一代电子产品供电的理想之选。
麻省理工学院的一个团队报告在《自然》杂志上称，二硫化钼 (MoS2) 薄膜（一种二维材料，因为它只有三个原子厚）可以像天线一样，将来自 Wi-Fi、手机以及无线电或电视广播的无线电信号转换为无线设备的电力。它可以驱动节能型起搏器、助听器和物联网 (IoT) 中的传感器。
在没有重大突破的情况下，提供的电力不足以给手机和平板电脑充电，即使是 Fitbit 也有些勉强。但利用 Wi-Fi 发电的一小步可能即将实现。“电子产品的未来是将智能带入我们衣服、书桌到基础设施的每一个物体，”麻省理工学院电气工程教授托马斯·帕拉西奥斯说。“关键的缺失环节是如何为所有这些数十亿台设备供能。” 他说，MoS2 薄片很有前景，因为它们具有柔性，并且可以通过卷对卷印刷廉价生产。
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该小组展示了一种柔性材料，可以收集高达 10 吉赫兹频率的无线电能量，这涵盖了广泛使用的 2.4 吉赫兹和 5 吉赫兹频段，这些频段承载着 Wi-Fi 信号以及其他无线电通信。柔性对于可穿戴设备和许多其他传感应用非常重要，但其他柔性材料通常在高于 1.6 吉赫兹的频率下吸收的无线电功率很少，限制了它们能量收集的潜力。帕拉西奥斯说，这种二维半导体可以从大约 100 微瓦的环境 Wi-Fi 信号中收集 30 到 50 微瓦的功率，足以运行起搏器、助听器、应变传感器、通信链路和许多低功耗物联网设备。这种系统有可能在没有电池的情况下运行，从而减轻重量并避免医疗植入物电源在体内泄漏。
德克萨斯大学奥斯汀分校的电气和计算机工程师 Deji Akinwande（未参与这项工作）表示，麻省理工学院的工作“是首次展示从环境无线信号中收集能量的重要演示……由于所有东西都集成在同一柔性基板上，因此更具说服力。” “下一个挑战是扩展设备规模，以产生当代移动应用所需更高的功率。”
能量收集系统已经为其他远程设备供电，以避免频繁更换电池。德国无电池自供电设备制造商 EnOcean 的首席执行官 Andreas Schneider（未参与这项研究）表示，目前大多数系统从光、温差或动能运动中获取能量。他说，光伏电池可以获得足够的光能，在 100 勒克斯的照明水平下为室内设备供电，这大约是走廊照明的水平，不到标准办公室照明水平的三分之一。按下机械开关可以产生足够的能量来发送信号，以打开房间另一端或楼梯上的灯。沿热水管道的温度梯度可以向供暖系统发送信号。然而，该公司发现，除非添加额外的本地无线电发射器，否则环境无线电信号功率不足以满足当前设备的需求，施耐德说，由于担心电磁场可能达到不健康的水平，“你不会想坐在旁边”。
展望 5G 无线网络和物联网的未来，帕拉西奥斯说：“你可能会使用太阳能电池，但你只有白天有阳光。因此，另一种选择是收集已经存在于射频信号中的能量，”例如 Wi-Fi，它大部分时间都在传输。
当通过的无线电波与天线相互作用时，无线电能量收集器和无线电信号接收器都会收集能量。电磁力来回拉动导电材料中的电子，产生电流，电流方向随波的相位变化而交替变化。为无线电接收器收集信号的天线将波动的信号传输到放大和将其转换为音频或视频频率的电路。拾取无线电能量的天线将波动的电流发送到称为整流器的电子设备，整流器仅在一个方向上传输电流，从而将传入的交流电转换为可以为电子设备供电或为电池充电的直流电。
整流器通常是半导体，而天线通常是金属且高度导电的。帕拉西奥斯说，二硫化钼是“一种非常好的半导体”。它可以被改造成高度导电，因此它可以同时用作天线和整流器——一种称为整流天线的设备，它是在 20 世纪 60 年代发明的，现在用于射频识别 (RFID) 和感应卡。
如今，大多数整流天线都是由硅等非柔性半导体构成的小型刚性芯片，这些芯片具有良好的频率响应，但受到其非柔性的限制。麻省理工学院小组是第一个制造出大型柔性整流天线的团队，这些天线可以从高达 10 吉赫兹的广泛使用的免许可无线电频率中收集能量，而无需电池电压来触发该过程。柔性和轻薄对于可穿戴设备以及可应用于基础设施、飞机或其他物体以进行持续监控或作为智能传感器分布式网络一部分的“智能皮肤”非常重要。仅有三个原子厚的薄层可以通过半导体制造中广泛使用的化学气相沉积工艺以低成本在大面积上生长，并且仍然可以在非常高的频率下工作。
这项技术仍处于实验室阶段。生产需要扩大规模，薄膜需要与它们将供电的设备集成。另一个挑战将是设计仅需几十微瓦功率即可运行的设备。但帕拉西奥斯预计在五到七年内看到首批商业应用。“您主要需要的是扩大规模，从制造方法上来说，这将使我们能够以低成本在大面积上制造传感器，”他指出。他预计的其他应用包括通过提供 30 到 50 微瓦的功率来点亮小型显示器，以及将植入式医疗设备与外部监控设备连接起来。至少对于一些应用来说，能量确实可以从空气中提取。