“切紙術(shù)”思路幫助造出柔性3D微波天線

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美國(guó)德雷塞爾大學(xué)和加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)研究人員利用古老的切紙術(shù)，將一張涂有導(dǎo)電MXene墨水的醋酸纖維紙變成了柔性3D微波天線，只需拉伸或擠壓，稍微改變其形狀，就能調(diào)整其傳輸頻率。這種天線不僅輕巧靈活，而且耐用，非常適合用在可移動(dòng)機(jī)器人和航空航天部件上。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《自然·通訊》雜志。

切紙術(shù)是一種通過(guò)折疊和剪切紙張，創(chuàng)造出復(fù)雜三維紙質(zhì)工藝品的技術(shù)。研究人員認(rèn)為，這種技術(shù)或許能用于設(shè)計(jì)模型，制造下一代天線。

為了制造天線，研究人員首先在醋酸纖維基材上涂抹一種由碳化鈦MXene組成的特殊導(dǎo)電油墨，創(chuàng)建出頻率選擇性表面。這種表面就像天線一樣，可以選擇性地傳輸、反射或吸收特定頻率的電磁波，通常用在天線、雷達(dá)罩和反射器上。墨水成分還可調(diào)整，以重新配置天線的傳輸規(guī)格。

然后，研究人員在材料表面制作出一系列平行切口，從二維表面拉出方形諧振器天線陣列。改變張力會(huì)使陣列的角度發(fā)生變化，從而快速調(diào)整天線的通信配置。

研究人員組裝了兩個(gè)“切紙?zhí)炀€陣列”進(jìn)行測(cè)試，并創(chuàng)建了一個(gè)共面諧振器的原型。結(jié)果顯示，這種“切紙?zhí)炀€”在3個(gè)常用微波頻段（2—4GHz、4—8GHz和8—12GHz）表現(xiàn)出良好的信號(hào)傳輸效果。此外，通過(guò)改變基板的幾何形狀和方向，研究人員可引導(dǎo)每個(gè)諧振器發(fā)出的波束重定向。

在受力條件下，諧振器產(chǎn)生的頻率會(huì)發(fā)生400MHz的偏移，這表明它可有效地作為應(yīng)變傳感器，用于監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施和建筑物。

此次概念驗(yàn)證利用切紙技術(shù)通過(guò)物理形狀變化，制造出各種復(fù)雜形狀和形式的天線，代表了一種新的天線制造方法，快速且成本效益高。