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随着物联网、可穿戴设备等新兴技术蓬勃发展,由高密度金属组成的传统天线已无法满足柔性无线通信设备的需求,有针对性地设计、制备具有质量轻、可共形的柔性射频天线成为这一领域研究的重中之重。
近日,南京邮电大学团队使用具有高电导率、轻质柔性、易加工等特性的碳化钛材料替代传统金属,并首次提出了“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,构建了柔性超宽带碳化钛单极子天线,实现了在弯曲状态下流畅实时的无线通信传输。相关论文发表于国际学术期刊《自然·通讯》并被推荐为“设备”领域亮点研究。
论文共同通讯作者之一、南京邮电大学柔性电子“未来技术”学院院长赵强教授介绍:“柔性天线需要具备轻、薄、柔的特点,而现有的碳化钛天线都是以介质基板、中间黏结层和碳化钛传输层材料的‘三明治’结构成型,结构复杂且厚度较大,限制了它在穿戴式等柔性无线通信设备上的使用。”
南邮团队针对碳化钛材料在制备柔性天线过程中遇到的难题,提出“分子胶水”界面改性工艺,首次在介质基板上实现直接打印制备碳化钛天线。
“我们在研究中使用聚多巴胺‘分子胶水’代替中间黏结层,这种分子胶水厚度非常薄,几乎可以忽略不计。它的表面拥有丰富的官能团,就像无数的‘吸盘’一样,可以将碳化钛传输层和介质基板紧密地结合在一起,即使在数千次弯折后,碳化钛和机制基板间也不会发生分离。”赵强院长介绍,这是柔性天线能够稳定传输无线宽带视频信号的基础,柔性碳化钛天线的成功制备,为解决柔性射频电路的集成问题提供了有效途径。
物联网系统的发展不仅要求无线射频电路和天线之间进行无缝集成,同时要求其能够在宽频段进行设备间的通信。南邮团队研制的柔性碳化钛天线,其工作涵盖了WLAN、蓝牙、5G(n41、n78)频段,可以完整、快速、实时地传输视频信号,并且天线在弯曲状态和平坦状态间进行变换时,带宽和中心频率保持良好,当天线处于非视线内或不同方位角时,传输依然十分稳定。
据悉,该项目首次完成了柔性碳化钛天线的视频信号无线传输实例,这是南邮材料、电子、通信领域的三个优势学科团队共同合作,在“柔性电子”交叉学科领域取得的重要研究成果。
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