本研究由Xu Zhang、Jesús Grajal、Jose Luis Vazquez-Roy、Ujwal Radhakrishna、Xiaoxue Wang、Winston Chern、Lin Zhou、Yuxuan Lin、Pin-Chun Shen、Xiang Ji、Xi Ling、Ahmad Zubair、Yuhao Zhang、Han Wang、Madan Dubey、Jing Kong、Mildred Dresselhaus和Tomás Palacios共同完成。研究团队来自多个机构，包括麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology, MIT）、马德里理工大学（Universidad Politécnica de Madrid）、马德里卡洛斯三世大学（University Carlos III of Madrid）、波士顿大学（Boston University）、南加州大学（University of Southern California）和美国陆军研究实验室（Army Research Laboratory）等。该研究于2019年发表在《Nature》期刊上。
本研究的主要科学领域是柔性电子学和二维材料。随着物联网和可穿戴设备的快速发展，柔性电子器件成为研究热点。二维材料因其原子级厚度和优异的机械与电子特性，被认为是实现柔性电子的理想材料。然而，尽管基于二维材料的晶体管、传感器和存储器等关键组件已经得到验证，但高效、柔性且始终在线的能量收集解决方案仍然缺失。Wi-Fi频段的电磁辐射（2.4 GHz和5.9 GHz）无处不在，是未来分布式电子设备的理想能量来源。然而，现有的柔性半导体材料在高频下的传输性能有限，难以实现Wi-Fi频段的无线能量收集。
本研究的目的是开发一种基于二维材料（二硫化钼，MoS₂）的柔性整流天线（rectenna），用于Wi-Fi频段的无线能量收集。通过设计一种基于MoS₂半导体-金属相异质结的超快整流器，研究团队成功实现了在Wi-Fi频段的无偏置（电池无需外部供电）无线能量收集。
研究流程包括以下几个主要步骤：
研究团队使用机械剥离法从块体晶体中获取少层MoS₂，并将其转移到柔性聚酰亚胺薄膜（Kapton）上。通过电子束光刻技术，定义了MoS₂的肖特基接触区域，并使用钯（Pd）作为肖特基接触金属。随后，通过化学处理将暴露的MoS₂区域转化为金属相（1T/1T′），而Pd金属接触则作为自对准掩模，保护半导体相区域并定义自对准的MoS₂半导体-金属相异质结。
研究团队使用矢量网络分析仪（VNA）对MoS₂肖特基二极管的高频性能进行了测试。通过S参数测量，提取了器件的电阻和电容分量，并建立了等效电路模型。实验结果表明，MoS₂二极管的截止频率（cutoff frequency, fc）达到了10 GHz，覆盖了Wi-Fi频段（2.4 GHz和5.9 GHz）。
研究团队将MoS₂整流器与柔性Wi-Fi频段天线集成，构建了一个完全柔性的整流天线系统。该系统能够在Wi-Fi频段无偏置条件下无线收集电磁辐射能量，并成功实现了能量转换。
研究团队还展示了MoS₂二极管作为射频混频器的功能，成功实现了超过10 GHz的频率转换。这是首次在柔性平台上实现如此高频的MoS₂混频器。
研究团队生成了以下关键数据： - 截止频率：MoS₂二极管的截止频率达到了10 GHz，覆盖了Wi-Fi频段。 - 功率转换效率：在2.4 GHz频段，MoS₂整流器的最大功率转换效率达到了40.1%。 - 无线能量收集：集成的柔性整流天线系统成功实现了Wi-Fi频段的无线能量收集，输出直流电压达到250 mV。
本研究展示了基于二维材料MoS₂的柔性整流天线在Wi-Fi频段无线能量收集中的应用潜力。通过设计自对准的MoS₂半导体-金属相异质结，研究团队成功实现了高频整流器的柔性化，并展示了其在无线能量收集和频率转换中的应用。这一研究为未来可穿戴设备和植入式医疗传感器的无线充电提供了新的解决方案，具有重要的科学和应用价值。
研究团队还详细讨论了MoS₂二极管的等效电路模型、功率转换效率的优化以及未来在环境Wi-Fi能量收集中的应用前景。这些内容为进一步研究和应用提供了重要的参考。
总之，本研究通过创新的材料设计和器件结构，成功实现了基于二维材料MoS₂的柔性整流天线，为未来无线能量收集和柔性电子学的发展提供了重要的技术支撑。