可穿戴設(shè)備，功能性面料，物聯(lián)網(wǎng)以及他們的“下一代”技術(shù)人群的承諾似乎非常引人注目。但該領(lǐng)域的研究人員會(huì)告訴你，他們延遲“到達(dá)”的一個(gè)主要原因是無(wú)縫集成連接技術(shù) - 即天線 - 與變形和靈活的“事物”。

但是德雷克塞爾工程學(xué)院的研究人員取得了突破，現(xiàn)在可以安裝天線，就像應(yīng)用一些噴霧一樣簡(jiǎn)單。

在最近發(fā)表在Science Advances上的研究報(bào)告中，該小組報(bào)告了一種噴射隱形薄天線的方法，該天線由一種名為MXene的二維金屬材料制成，其性能與移動(dòng)設(shè)備，無(wú)線路由器和便攜式設(shè)備中使用的一樣好。換能器。

“這是一個(gè)非常令人興奮的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檫@種類型的技術(shù)有很大的潛力，”負(fù)責(zé)Drexel無(wú)線系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的工程學(xué)院電氣和計(jì)算機(jī)工程教授Kapil Dandekar博士說(shuō)。該研究的共同作者。“將天線噴涂在柔性基板上或使其光學(xué)透明的能力意味著我們可以有很多新的地方來(lái)建立網(wǎng)絡(luò) - 有新的應(yīng)用和收集數(shù)據(jù)的新方法，我們甚至無(wú)法想象此時(shí)此刻。”

來(lái)自該學(xué)院材料科學(xué)與工程系的研究人員報(bào)告稱，MXene碳化鈦可以溶解在水中形成油墨或油漆。材料的優(yōu)異導(dǎo)電性使其能夠傳輸和引導(dǎo)無(wú)線電波，即使它應(yīng)用于非常薄的涂層。

“我們發(fā)現(xiàn)即使是厚度為幾十納米的透明天線也能夠有效地進(jìn)行通信，”AJ Drexel納米材料研究所和材料科學(xué)與工程系的博士候選人Asia Sarycheva說(shuō)。“通過(guò)將厚度增加到8微米，MXene天線的性能達(dá)到了預(yù)測(cè)最大值的98%。”

以這種薄的形式保持傳輸質(zhì)量是很重要的，因?yàn)樗梢允固炀€容易地嵌入 - 在字面上，噴涂在 - 各種物體和表面上，而不增加額外的重量或電路或需要一定程度的剛性。

“這項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)天線與日常物品的真正無(wú)縫集成，這對(duì)于新興的物聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要，”Dandekar說(shuō)。“研究人員用非傳統(tǒng)材料做了很多工作，試圖找出制造技術(shù)滿足系統(tǒng)需求的地方，但這項(xiàng)技術(shù)可以讓我們更容易回答我們多年來(lái)一直在努力解決的一些難題。”

噴涂天線的初步測(cè)試表明它們可以與當(dāng)前天線具有相同的質(zhì)量范圍，當(dāng)前天線由熟悉的金屬制成，如金，銀，銅和鋁，但比MXene天線厚得多。使天線更小更輕，長(zhǎng)期以來(lái)一直是材料科學(xué)家和電氣工程師的目標(biāo)，因此這一發(fā)現(xiàn)在減少其占地面積和擴(kuò)大應(yīng)用方面都是一個(gè)相當(dāng)大的進(jìn)步。

“盡管經(jīng)過(guò)數(shù)十年的研究和開(kāi)發(fā)以改善金屬天線的性能，但目前的金屬制造方法不能使天線足夠薄并適用于任何表面，”Yury Gogotsi博士，杰出大學(xué)和巴赫材料科學(xué)與工程教授說(shuō)。在工程學(xué)院和AJ Drexel納米材料研究所所長(zhǎng)，他發(fā)起并領(lǐng)導(dǎo)了該項(xiàng)目。“我們正在尋找二維納米材料，其厚度比人類頭發(fā)薄幾十萬(wàn)倍;只有幾個(gè)原子穿過(guò)，并且可以在任何表面上沉積后自組裝成導(dǎo)電薄膜。因此，我們選擇了MXene，這是一種二維碳化鈦材料，比金屬更堅(jiān)固，具有金屬導(dǎo)電性，

Drexel研究人員在2011年發(fā)現(xiàn)了MXene材料系列，并且從那時(shí)起就開(kāi)始了解它們的特性，并考慮它們的可能應(yīng)用。通過(guò)濕化學(xué)處理制成的分層二維材料已經(jīng)在儲(chǔ)能裝置，電磁屏蔽，水過(guò)濾，化學(xué)傳感，結(jié)構(gòu)增強(qiáng)和氣體分離中顯示出潛力。

當(dāng)然，MXene材料已經(jīng)與有前途的二維材料(如石墨烯)進(jìn)行了比較，石墨烯在2010年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，并被作為可印刷天線的材料進(jìn)行了探索。在該論文中，Drexel的研究人員將噴涂天線放在由這些新材料制成的各種天線上，包括石墨烯，銀墨水和碳納米管。在保持無(wú)線電波傳輸質(zhì)量方面，MXene天線比石墨烯好50倍，比銀墨天線好300倍。

“MXene天線不僅超越了金屬天線的宏觀和微觀世界，我們超越了可用納米材料天線的性能，同時(shí)保持天線厚度非常低，”AJ Drexel納米材料研究所研究助理教授Babak Anasori博士說(shuō)。 。“最薄的天線薄至62納米 - 比紙羊薄約一千倍 - 它幾乎是透明的。與其他納米材料制造方法不同，這需要添加劑，稱為粘合劑，以及額外的加熱步驟來(lái)燒結(jié)納米顆粒在一起，我們通過(guò)噴槍噴涂我們的水性MXene墨水一步完成天線。“

該小組最初測(cè)試了天線油墨在粗糙基材上的噴涂應(yīng)用 - 纖維素紙和光滑的 - 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯板 - 下一步的工作將是尋找應(yīng)用它的最佳方法從玻璃到紗線和皮膚的各種表面。

“使用MXene系列材料進(jìn)行無(wú)線通信的進(jìn)一步研究可以實(shí)現(xiàn)完全透明的電子設(shè)備，并大大改善可穿戴設(shè)備，支持我們的生活方式，”Anasori說(shuō)。