【材料】Nat. Commun.：柔性超宽带Ti3C2单极子天线在无线通信领域的应用- 大数跨境

【材料】Nat. Commun.：柔性超宽带Ti3C2单极子天线在无线通信领域的应用

X-MOL资讯

2023-01-29

导读：南京邮电大学有机电子与信息显示国家重点实验室黄维院士、赵强教授团队合作，提出了“分子胶水”界面改性工艺和先进挤压印刷技术相结合的策略，成功构建了柔性超宽带Ti3C2单极子天线，实现了在弯曲状态下流畅、

随着物联网、可穿戴设备、植入式电子等新兴技术的快速发展，柔性无线通信设备逐渐趋向于柔性化、轻薄化和微型化。日益增长的市场需求迫切需要开发出具有“轻、薄、柔”特点的天线组件。然而，传统金属天线的本征重量大、回弹性不好和制造工艺复杂等缺陷限制了其在柔性无线通信领域的应用。因此，如何有针对性地设计、制备质轻、可共形集成的柔性射频天线成为该领域面临的重要挑战。近日，南京邮电大学有机电子与信息显示国家重点实验室黄维院士、赵强教授团队和射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室刘蕾蕾教授团队合作在柔性射频天线领域取得前沿研究进展，提出了“分子胶水”界面改性工艺和先进挤压印刷技术相结合的策略，成功构建了柔性超宽带Ti₃C₂单极子天线，实现了在弯曲状态下流畅、实时、稳定的无线通信传输。

该工作首先将聚多巴胺（PDA）均匀覆盖在柔性介质基板表面，然后利用直写式挤压印刷技术将纯水性Ti₃C₂墨水打印在介质基板表面，最后制备出可弯折、质轻、稳定的柔性超宽带Ti₃C₂单极子天线（图1）。PDA的官能团（-OH和-NH₂）与Ti₃C₂的端基官能团（-OH、-O和-F）形成氢键相互作用，增强了Ti₃C₂与介质基板之间的粘附作用力，解决了介质基板和Ti₃C₂传输层的共形集成受到限制这一瓶颈问题。

图1. 柔性超宽带Ti₃C₂单极子天线的制备工艺。

柔性超宽带Ti₃C₂单极子天线工作频段为1.7 GHz ~ 4.0 GHz，涵盖了WLAN、蓝牙、5G (n41、n78) 频段，与传统Cu天线相当，可以完整、快速、实时地传输视频信号。当在不同半径（1.5、2.8和4.3 cm）下连续弯折0、100、300、500和1000个周期时，Ti₃C₂天线的带宽和中心频率可以良好保持，增益差值在低频范围内仅围绕±0.2 dBi进行波动。这表明Ti₃C₂天线具有优异的循环弯曲稳定性，不仅克服了传统Cu天线无回弹性的缺点，也为其在柔性弯折状态下进行流畅、实时、稳定的数据传输提供了保障（图2）。当发射天线与接收天线处于非视线内、不同方位角、不同传输距离、不同弯折角度等情况时，视频传输效果依然稳定。此外，通过结合仿真设计，分析柔性超宽带Ti₃C₂单极子天线的宏观电磁特性，实现了材料系统和全波仿真的结合及天线性能的准确预测。该研究结果可用于人机交互、物联网、移动通信系统、大数据传输、视频通话、多人在线会议、大数据量信息交换等领域。

图2. 柔性超宽带Ti₃C₂单极子天线的无线传输实例。

相关论文发表在Nature Communications 上，被选为“Devices”领域的亮点研究（Editors' Highlights）予以推荐。该成果得到了国家杰出青年科学基金、国家基础科学中心项目和国家自然科学基金面上项目等资助，受到南京邮电大学宽带无线通信与传感网技术教育部重点实验室田峰教授团队的支持与帮助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

2D Titanium carbide printed flexible ultrawideband monopole antenna for wireless communications

Weiwei Zhao, Hao Ni, Chengbo Ding, Leilei Liu, Qingfeng Fu, Feifei Lin, Feng Tian, Pin Yang, Shujuan Liu, Wenjun He, Xiaoming Wang, Wei Huang & Qiang Zhao

Nat. Commun., 2023, 14, 278, DOI: 10.1038/s41467-022-35371-6

导师介绍

黄维

https://www.x-mol.com/university/faculty/35089

赵强

https://www.x-mol.com/university/faculty/39477