Flexible Nanotubes als Antennen für 5G-Handys

Antennen aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind genauso effektiv wie solche aus Kupfer. Dazu sind sie flexibel, robust und lassen sich auf Unterlagen drucken, etwa auf Bauteile von Smartphones der nächsten Generation (5G). Entwickelt worden sind sie von Forschern der Ingenieurschule an der Rice University.

Chemie- und Biomolekular-Ingenieur Matteo Pasquali arbeitet mit speziell ausgerichteten Filmen aus Nanoröhren. Diese sind wie aufgerolltes Graphen. Die daraus hergestellten Antennen sind den herkömmlichen nicht nur ebenbürtig, sie sind auch dünner und können hohe Frequenzen besser empfangen, wie sie im 5G-Netz verwendet werden. Ein solches ist derzeit weltweit im Aufbau, allerdings mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten.

Pasquali hat eng mit dem National Institute of Standards and Technology (NIST) zusammengearbeitet, das die neuartigen Antennen auch testet. Federführend war hier Amram Bengio, der bei Pasquali seine Doktorarbeit schrieb. Er gründete unterdessen ein Unternehmen, um die Antenne weiterzuentwickeln und zur Serienreife zu bringen.

Um die Filme herzustellen, haben die Forscher bis zu acht Meter lange Nanotubes in eine saure Flüssigkeit gegeben. Diese sprühten sie auf eine Unterlage. Scherkräfte sorgten dort dafür, dass sich die Röhrchen eigenständig zu einem Film formierten. Dieses Phänomen hatte Pasquali bereits früher beschrieben.

Oft wird zur Herstellung dünner Filme die Gasphasenabscheidung genutzt. Sie ist in diesem Fall aber weniger gut geeignet, so Pasquali. Die Abscheidung aus der Flüssigphase sei besser skalierbar und ermögliche eine kontinuierliche Herstellung. Die Filme sind zwischen einem und sieben Mikrometer dick. Die Röhrchen werden von Van-der-Waals-Kräften zusammengehalten, die dem Material bessere Eigenschaften verleihen, als Kupfer sie ausweist.

Den Forschern zufolge sind die Antennen nicht nur für 5G-Handys geeignet, sondern auch für die Kommunikation mit unbemannten Luftfahrzeugen, bei denen Gewicht eine wichtige Rolle spielt. Auch sei die Neuentwicklung für die Exploration von Öl und Gas nutzbar. «Ohne die wissenschaftliche Kompetenz und die experimentellen Möglichkeiten des NIST hätten wir unser Ziel nie erreicht», sagt Pasquali. Unterstützung gab es auch von gleich drei Forschungseinrichtungen des US-Militärs.