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2018-09-25 | 前沿

美国德雷塞尔大学开发可作为连接器的喷涂天线

【据美国德雷塞尔大学网站2018年9月24日报道】可穿戴设备、功能性面料、物联网等技术进一步实用化面临的一个主要问题是,缺少能够与这些可变形的柔性“事物”无缝集成的连接技术,天线。美国德雷塞尔大学(Drexel)近期在这方面取得了突破,发明了一种喷涂方法,可将由二维金属材料MXene制成的透明薄膜天线喷涂在柔性基层上,其性能可与移动设备、无线路由器和便携式换能器等设备中使用的天线相当。

MXene是一种二维碳化钛材料,比金属更坚固,具有金属导电性,可以溶解在水中制成油墨或油漆,其优异的导电性使其能够传输和引导无线电波,即使将制成非常薄的涂层。研究人员发现即使是厚度为几十纳米的透明天线也能够有效地进行通信,厚度增加到8微米时其性能就能达到预测最大值的98%,从而可以在不增加额外的重量或电路的情况下非常容易地到各种物体和表面。Drexel研究人员在2011年发现了MXene材料系列,通过湿化学处理制成的分层二维材料已经在能量存储装置、电磁屏蔽、水过滤、化学传感、结构增强和气体分离应用中显示出潜力。

对这种喷涂天线的初步测试表明,它们可以与当前天线具有相同的品质范围。与石墨烯、银墨水和碳纳米管等新材料相比,在保持无线电波传输质量方面,MXene天线比石墨烯好50倍,比银墨天线好300倍。其他纳米材料的制造需要添加剂(称为粘合剂)和额外的加热步骤以将纳米颗粒烧结在一起,而MXene天线通过喷枪喷涂,一步就可以完成,最薄处可达62纳米。研究人员已在在粗糙基材上的喷涂应用 - 纤维素纸和光滑的 - 聚对苯二甲酸乙二醇酯板 - 下一步的工作将是寻找将其应用于各种各样的最佳方法 从玻璃到纱线和皮肤的表面。

该项技术实现了天线与日常物品的真正无缝集成,这对于新兴的物联网至关重要,进一步研究可以实现完全透明的电子设备,并大大改善可穿戴设备。研究人员已在粗糙的纤维素纸和光滑的聚对苯二甲酸乙二醇酯板等基材上实现了喷涂应用,下一步的工作将是寻找将其应用于玻璃、亚麻、以及皮肤等表面的最佳方法。该研究得到了国家科学基金会的部分支持,相关论文《2D titanium carbide (MXene) for wireless communication》已在Science Advances上发表。

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