“切紙術(shù)”思路幫助造出柔性3D微波天線

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美國德雷塞爾大學和加拿大不列顛哥倫比亞大學研究人員利用古老的切紙術(shù)，將一張涂有導電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機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)是一種通過折疊和剪切紙張，創(chuàng)造出復雜三維紙質(zhì)工藝品的技術(shù)。研究人員認為，這種技術(shù)或許能用于設(shè)計模型，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“切紙?zhí)炀€陣列”進行測試，并創(chuàng)建了一個共面諧振器的原型。結(jié)果顯示，這種“切紙?zhí)炀€”在3個常用微波頻段（2—4GHz、4—8GHz和8—12GHz）表現(xiàn)出良好的信號傳輸效果。此外，通過改變基板的幾何形狀和方向，研究人員可引導每個諧振器發(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)測基礎(chǔ)設(shè)施和建筑物。

此次概念驗證利用切紙技術(shù)通過物理形狀變化，制造出各種復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。