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噴涂天線釋放智能互聯技術的潛力！比石墨烯好50倍

2018-09-27 11:43:04 作者：clkjzx 來源：材料科技在線分享至：

工程研究人員報告了一種噴射隱形薄天線的方法，該天線由一種稱為MXene的二維金屬材料制成，其性能與移動設備，無線路由器和便攜式傳感器中使用的一樣。

圖片來源：德雷塞爾大學

Drexel大學工程學院的研究人員開發出一種方法，用一種名為MXene的二維材料“噴涂”制作不可見的薄天線。新天線與目前在移動設備和RFID標簽中使用的天線相比性能更為優異。

可穿戴設備，功能性面料，物聯網以及他們的“下一代”技術人群前景，這些在現在看來都是觸手可及的。但該領域的研究人員會告訴你，他們并沒有完全普及的一個主要原因是無縫集成連接技術 - 即天線 -與形狀變換和靈活的“東西”的無縫集成問題。

Drexel工程學院的研究人員取得了突破，現在安裝天線就像使用噴霧一樣簡單。在最近發表于Science Advances的研究報告中，該小組報告了一種噴涂隱形薄天線的方法，該方法由一種二維金屬材料，稱為MXene，其性能與移動設備，無線路由器和便攜式傳感器中使用的材料相同。

該研究的共同作者，負責Drexel無線系統實驗室的工程學院電氣和計算機工程教授Kapil Dandekar博士表示這是一個非常令人興奮的發現，因為這種技術有很大的潛力。將天線噴涂在柔性基板上或使其具有透過光的能力，意味著我們可以在很多新的地方來建立網絡 - 有新的應用和收集數據的新方法，有些我們甚至無法想像的到。

學院材料科學與工程系的研究人員報告說，MXene碳化鈦可以溶解在水中形成油墨或油漆。材料的優異導電性使其能夠傳輸和引導無線電波。獨特的性能使它適用于非常薄的涂層。

“我們發現即使是厚度為幾十納米的透明天線也能夠有效地進行通信，”A.J.博士候選人亞洲Sarycheva說。德雷克塞爾納米材料研究所和材料科學與工程系。 “通過將厚度增加到8微米，MXene天線的性能達到其預測最大值的98％。”以這種薄的形式保持傳輸質量非常重要，因為它可以輕松嵌入天線 - 從字面上看，噴涂 - 在各種物體和表面上，無需增加額外的重量或電路或需要一定程度的剛性。

“這項技術可以實現天線與日常物品的真正無縫集成，這對于新興的物聯網至關重要，”Dandekar說。“研究人員用非傳統材料做了很多工作，試圖找出制造技術滿足系統需求的地方，但這項技術可以讓我們更容易回答我們多年來一直在努力解決的一些難題。”

噴涂天線的初步測試表明，它們可以與當前天線具有相同的質量范圍，當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，長期以來一直是材料科學家和電氣工程師的目標，因此這一發現在減少其占地面積和擴大應用方面都是一個相當大的進步。

“盡管經過數十年的研究和開發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，杰出大學和巴赫材料科學與工程教授說。在工程學院，和AJ的主任 Drexel納米材料研究所，發起并領導該項目。 “我們正在尋找二維納米材料，其厚度比人類頭發薄幾十萬倍；只有幾個原子穿過，并且可以在任何表面沉積后自組裝成導電薄膜。因此，我們選擇了MXene，這是一種二維碳化鈦材料，比金屬更堅固，具有金屬導電性，可作為超薄天線的候選材料。”

Drexel研究人員在2011年發現了MXene材料系列，并且從那時起就開始了解它們的特性，并考慮它們的可能應用。通過濕化學處理制成的分層二維材料已經在能量存儲裝置，電磁屏蔽，水過濾，化學傳感，結構增強和氣體分離中顯示出潛力。

當然，MXene材料已經與有前景的二維材料（如石墨烯）進行了比較，石墨烯在2010年獲得了諾貝爾獎，并被作為可印刷天線的材料進行了探索。在該論文中，Drexel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。在保持無線電波傳輸質量方面，MXene天線比石墨烯好50倍，比銀墨天線好300倍。

A.J的研究助理教授Babak Anasori博士說：“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，同時保持天線厚度非常低。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，它需要添加劑，稱為粘合劑，以及額外的加熱步驟來燒結納米顆粒在一起，我們通過噴槍噴涂我們的水性MXene墨水一步完成天線。”

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

Anasori 說：“使用MXene系列材料進行無線通信的進一步研究可以實現完全透明的電子設備，并大大改善可穿戴設備，支持我們的生活方式。”

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責任編輯：韓鑫

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