's Werelds kleinste fm-zender van 4 micrometer lange grafeenstrip gemaakt

Onderzoekers hebben grafeen weten te benutten voor een nuttige toepassing. Door unieke eigenschappen van het materiaal in te zetten wisten enkele Amerikanen 's werelds kleinste fm-zender te bouwen.

De kleine zender werd ontwikkeld door medewerkers van de universiteit van Columbia, die de mechanische en elektrische eigenschappen van grafeen combineerden tot een nanomechanisch elektrisch systeem. De nems-zender, een verkleinde versie van mems-techniek, maakt gebruik van de rek in grafeen om de frequentie van een spanningsgestuurde oscillator te variëren. De frequentie van de fm-zender die de onderzoekers zo bouwden bedraagt ongeveer 100MHz. Daarmee slaagden ze erin het nummer Gangnam Style met behulp van FM te moduleren om zo muziek naar een conventionele ontvanger te sturen.

Het kleine stukje grafeen werd in een feedback-circuit geplaatst, waardoor het spontaan ging oscilleren. Door de spanning van een elektrode onder de 2 tot 4 micrometer lange strip grafeen te variëren, buigt het stripje in meer of mindere mate naar de elektrode toe. De rek die zo in het grafeen veroorzaakt wordt, moduleert de resonantiefrequentie.

Vooralsnog hebben de grafeen-oscillators een vrij lage signaal-ruisverhouding, wat nog moet verbeteren voor een praktijktoepassing gevonden kan worden. De onderzoekers denken hun grafeenoscillators in de toekomst in te kunnen zetten als component in wifi-ontvangers en zenders. De eenvoudige afstelling van de oscillatiefrequentie van de grafeenoscillators zou kleinere circuits mogelijk maken. Bovendien zou het grafeen mogelijk geïntegreerd kunnen worden met siliciumcircuits.

Reacties (20)

[Bart ®]

Zal wel geen heel groot bereik hebben gok ik zo.

[deus4]

Je hebt niet altijd veel bereik nodig. Veel chips zijn uiterst complex omdat je overal paden nodig hebt om de componenten te verbinden. Er wordt al enige tijd onderzoek gedaan naar draadloze communicatie op een chip. Dit zou hier wel eens voor gebruikt kunnen worden. Bovendien heeft dit wellicht als enorm voordeel dat het ook nog eens extreem weinig energie gebruikt.

[Sissors]

Er wordt al heel lang onderzoek gedaan naar draadloze communicatie op chips, en tussen chips op hetzelfde PCB (dus dicht bij elkaar in de buurt). Uit mijn hoofd was het een hype een jaar of 10 geleden. Echter het was een compleet hopeloze zaak, en dit verandert daar niks aan.

Wat hier gepresenteerd is is geen FM zender, want daarvoor missen nogal wat onderdelen. Het is het equivalent van de LC tank van een VCO. Dan heb je nog wel wat externe onderdelen nodig voordat je kan zenden. En dan in de praktijk is het nooit accuraat genoeg en heb je een PLL nodig om de benodigde accuratesse te krijgen.

Voeg daar nog aan toe dat FM erg inefficiënt is qua bandbreedte, voor fatsoenlijke snelheid wil je QAM modulatie normaal gesproken gebruiken. Wat ook weer een hoop extra componenten zijn.

Probleem uiteindelijk is dat draadloze communicatie veel onbetrouwbaarder, trager en minder efficient is als gewoon een draadje trekken. Desnoods ga je meerdere signalen multiplexen op hetzelfde draadje, dat is nog altijd efficienter dan draadloos.
Maar de chip technologen hebben een veel betere manier om het gebrek aan paden dat je noemt op te lossen: Simpelweg meer metaallagen toevoegen. Zo ongeveer elke nieuwe node voegt wel weer meer lagen toe, waardoor geroute kan worden.

Mogelijk is zoiets nuttig als VCO in een PLL, maar dan is het wel nodig dat veel hogere frequenties gemaakt kunnen worden met hoge kwaliteitsfactor.

[delirium]

Duidelijk verhaal waar het dus niet voor bruikbaar is, maar heb je misschien ook een idee waar het wel bruikbaar voor is dan?
Ik kan me niet voorstellen dat FM radio's momenteel nog zo'n investering waard zijn

[Sissors]

Dat was het laatste gedeelte

Als het een heel nauwkeurig gedefinieerde frequentie heeft dan zou het nuttig zijn als frequentie referentie, maar dat lijkt me eigenlijk onwaarschijnlijk. Zulke kleine dingen zijn meestal niet heel nauwkeurig gedefinieerd, vooral gezien hij aanpasbaar is met een stuurspanning.

Wat je dan hebt is als tank van een VCO: Voltage controlled oscillator. Die worden vaak gebruikt in een PLL: samengevat is het idee dat je een hele nauwkeurige referentie hebt (een kristal normaal), en je een N-keer hogere frequentie maakt op je chip, om die vervolgens te locken aan je nauwkeurige referentie. Daarvoor heb je een oscillator nodig die je van frequentie kan doen wijzigen, wat dit kan.

Echter op 100MHz zit niemand te wachten, het wordt leuk als hij op minstens een GHz zijn werk doet, en met fatsoenlijke kwaliteitsfactor (wat erop neerkomt dat er weinig energie verloren gaat in het bouwsel). Tegenwoordig worden LC tanks daarvoor gebruik, maar de spoel(en) die daarbij horen zijn flink groot, het is frequentie afhankelijk, maar ga maar uit van minstens 100 bij 100 micron. Of het mogelijk is op die frequenties weet ik niet. En dat is ook niet zomaar een kwestie van wat engineering, materiaaleigenschappen limiteren wat je ermee kan doen, daarom kunnen we ook niet direct een kristal maken dat op 5GHz zijn werk doet.


Dit is dan echter allemaal gebaseerd op wat hun er nu mee hebben gedaan. In een soortgelijk iets zou je bijvoorbeeld ook de aanpasbare resonantiefrequentie goed kunnen gebruiken in on-chip filters. Maar ook dat hangt weer van randverschijnselen af, zoals hoeveel ruis komt erbij, hoeveel energie kan je erin stoppen en eruit halen (dat is waarschijnlijk een groot probleem), etc.

Of iets compleet anders, plak hem op een klein armpje, en meet de buiging van het armpje door de veranderende resonantiefrequentie te meten. Ook hier weer, in hoeverre dat zinvol is tov huidige technieken hangt af van getallen die ik niet ken

[sanderv]

Ik weet niet waarom je omlaag gemod wordt. Ik ben ook wel nieuwsgierig naar het bereik. Als het bereik bijvoorbeeld enkele millimeters is, wat mij geeneens een onbehoorlijk resultaat lijkt voor een component van 4 micrometer, dan legt dat wel een flinke beperking op aan de toepasbaarheid. En er is ook nog zoiets als dissipatie. Ik herinner me de FM-zender bij de lokale radio en daar kon je eitjes op bakken. Dan kun je dus wel miniaturiseren, maar je moet nog steeds je warmte kwijt. En dat was misschien 10W, 15W (?) zendvermogen. Dit is natuurlijk een fundamenteel andere technologie met fundamenteel andere karakteristieken, maar ik raak dus wel nieuwsgierig naar de relatie tussen het formaat en het zendvermogen.

[kluyze]

Zoals ik kan lezen wordt het grafeen enkel gebruikt om het signaal te moduleren. Daarnaast heb je dus waarschijnlijk een versterker en de antenne zelf die het bereik bepalen.

[pennywiser]

Kan iemand eenvoudig uitleggen hoe dit werkt? Of weet iemand een site waar uitgelegd staat hoe radio in het algemeen werkt

[Reactie gewijzigd door pennywiser op 25 juli 2024 13:07]

[Durandal]

Pak een elastiekje. Trek het net strak tussen duim en wijsvingers van beide handen. Gebruik nu je tanden om er in het midden aan te trekken en laat los.

Je hoort een toon. Trek het elstiekje verder uit en de frequentie van de toon wordt hoger.

Veel simpeler dan dat kan ik niet analogiseren
De nanotube speelt hier voor elastiekje.

[batjes]

hmm..? http://www.howstuffworks.com/radio.htm

[pennywiser]

Tnx das wel een goeie idd

[skrall]

Toch leuk dat grafeen, waarmee Andre Geim en z'n collega Novoselov de Nobeprijs wonnen in 2010, nuttig blijkt te zijn
Door de bijzondere eigenschappen van dit materiaal (geleidend langs één richting, isolerend langs de andere; grote stevigheid;...) heeft dit enorm veel mogelijkheden in de toekomst!

[harald701]

Eerst wat uitvinden en daarna uitzoeken waarvoor je het kan gebruiken zo gaat dat tegenwoordig he

Ontopic: Ik hoop dat we hiermee weer een stap dichter komen met het nogmeer verkleinen van de hedendaagse elektronica, alleen vraag ik me af waar het zal eindigen!

[flippy]

als ze micrometers hebben gehad/onder de knie gaan ze waarschijnlijk vanzelf richting de nanometers.

[lezzmeister]

Oh is dat zo? Ik dacht dat dat in 1985 al gebeurd was.

http://en.wikipedia.org/w...ductor_device_fabrication

[GoT]

Mooi, hoe meer toepassingen des te sneller de ontwikkelingen.
Silicium zit aan het einde van zijn rek.

[spank_mojoo]

mooi!!
kunnen we dan nu weer standaard een FM-transmitter in elke telefoon bouwen?
dat is de enige reden dat ik mijn N97 nog in de auto ligt (okee, en de 29Gb opslag dan )

[WEBsel]

Mooi, kan ik eindelijk mijn piratenzender goed verstoppen!

[Anoniem: 62011]

In je kies.
Aargh!

[noopie]

FM wordt bijv. ook gebruikt in draadloze koptelefoons. Steeds minder, maar mogelijk kan dit op afstanden tot , laten we zeggen, 100 meter prima functioneren in zulk soort apparatuur. Heb zelf net een draadloze koptelefoon gekocht die op de 2,4mHz band werkt (wifi), maar best nog wel een bakbeest van een 'transmitter'. Kleiner = beter, toch?!