Các dạng công nghệ thiết bị màng mỏng mới nổi dựa trên các vật liệu bán dẫn thay thế, chẳng hạn như chất hữu cơ có thể in được, đồng vị nanocacbon và oxit kim loại, có thể góp phần tạo ra một mạng lưới vạn vật (IoT) bền vững hơn về mặt kinh tế và môi trường, một nhóm quốc tế do KAUST dẫn đầu đề xuất .

IoT được thiết lập để có tác động lớn đến cuộc sống hàng ngày và nhiều ngành công nghiệp. Nó kết nối và tạo điều kiện trao đổi dữ liệu giữa vô số đối tượng thông minh có hình dạng và kích thước khác nhau — chẳng hạn như hệ thống an ninh gia đình được điều khiển từ xa, ô tô tự lái được trang bị cảm biến phát hiện chướng ngại vật trên đường và thiết bị nhà máy được kiểm soát nhiệt độ — qua mạng. internet và các mạng cảm biến và truyền thông khác.

Siêu mạng đang phát triển này được dự đoán sẽ đạt tới hàng nghìn tỷ thiết bị vào thập kỷ tới, thúc đẩy số lượng nút cảm biến được triển khai trong các nền tảng của nó.

Các phương pháp hiện tại được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các nút cảm biến dựa trên công nghệ pin, nhưng pin cần được thay thế thường xuyên, điều này gây tốn kém và có hại cho môi trường theo thời gian. Ngoài ra, việc sản xuất lithium toàn cầu hiện nay cho vật liệu pin có thể không theo kịp nhu cầu năng lượng ngày càng tăng do số lượng cảm biến ngày càng tăng.

Các nút cảm biến được cung cấp năng lượng không dây có thể giúp đạt được IoT bền vững bằng cách lấy năng lượng từ môi trường bằng cách sử dụng cái gọi là bộ thu năng lượng, chẳng hạn như tế bào quang điện và bộ thu năng lượng tần số vô tuyến (RF), trong số các công nghệ khác. Điện tử diện tích lớn có thể là chìa khóa trong việc kích hoạt các nguồn năng lượng này.

Kalaivanan Loganathan, cựu sinh viên KAUST, cùng với Thomas Anthopoulos và các đồng nghiệp, đã đánh giá khả năng tồn tại của nhiều công nghệ điện tử diện rộng khác nhau và tiềm năng của chúng trong việc cung cấp các cảm biến IoT chạy bằng năng lượng không dây, thân thiện với môi trường.

Các thiết bị điện tử diện tích lớn gần đây đã nổi lên như một giải pháp thay thế hấp dẫn cho các công nghệ dựa trên silicon thông thường nhờ tiến bộ đáng kể trong quá trình xử lý dựa trên giải pháp, giúp cho các thiết bị và mạch in dễ dàng hơn trên các chất nền diện tích lớn, linh hoạt. Chúng có thể được sản xuất ở nhiệt độ thấp và trên các chất nền có thể phân hủy sinh học như giấy, giúp chúng trở nên thân thiện với môi trường hơn so với các chất nền dựa trên silicon.

Trong những năm qua, nhóm của Anthopoulos đã phát triển một loạt các thành phần điện tử RF, bao gồm các thiết bị bán dẫn dựa trên oxit kim loại và polyme hữu cơ được gọi là điốt Schottky. Loganathan cho biết: “Các thiết bị này là thành phần quan trọng trong bộ thu hoạch năng lượng không dây và cuối cùng quyết định hiệu suất và chi phí của các nút cảm biến.

Những đóng góp quan trọng của nhóm KAUST bao gồm các phương pháp có thể mở rộng để sản xuất đi-ốt RF nhằm thu năng lượng đạt đến dải tần số 5G/6G. Anthopoulos cho biết: “Những công nghệ như vậy cung cấp các khối xây dựng cần thiết hướng tới một cách bền vững hơn để cung cấp năng lượng cho hàng tỷ nút cảm biến trong tương lai gần”.

Nhóm nghiên cứu đang nghiên cứu sự tích hợp nguyên khối của các thiết bị năng lượng thấp này với ăng-ten và cảm biến để thể hiện tiềm năng thực sự của chúng, Loganathan cho biết thêm.