二维碳化钛油墨印刷柔性超宽带单极子天线

成果编号：39910

价格：面议

完成单位：南邮材料科学与工程/电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院

单位类别：其他高校

完成时间：2022年

成熟程度：研制阶段

服务产业领域：其他

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发布人：江苏省生产力促进中心创新管理与高新技术服务处在线

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随着物联网、可穿戴设备、植入式电子等新兴技术蓬勃发展，柔性无线通信设备引起学术界与产业界的广泛关注，对“轻、薄、柔”天线组件的需求快速增加。然而，传统金属天线的本征质量大、可弯折性差和制造工艺复杂等特点限制了其在柔性无线通信领域的应用。为满足该领域快速发展的应用需求，有针对性地设计和制造质量轻、可弯折、易集成的柔性射频天线是无线通信领域持续发展的动力，也是这一领域研究的关键。高性能的无线通信材料结合先进的微电子制造技术是实现柔性天线的重点。高导电性、良好的趋肤深度和优异的机械性能的导电材料能够决定天线无线通信能力。同时，导电材料的易加工性和天线制造技术的结合是制造柔性天线的重点。挤压印刷技术是最具代表性的微电子印刷技术，已成为具有高分辨率几何图案和数字化定制的柔性集成电子产品大规模生产的革命性和环保制造路线。高性能的无线通信材料通过简易的溶液处理过程能够制备出适合于柔性天线的挤压印刷导电油墨，构建在弯折状态下流畅、实时、稳定的视频传输的柔性射频天线。

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成果介绍

科技计划：

成果形式：新技术

合作方式：其他

参与活动：

专利情况：未申请专利

成果简介

综合介绍

创新要点

Ti3C2 油墨可通过简单的水处理过程批量生产，显著提升了材料的经济性、绿色环保性和实用价值。使用少量的导电油墨结合微电子打印技术就能实现柔性天线的规模生产，为相关材料和制造技术的推广应用打下了坚实基础。制备的天线能够在柔性弯折状态下流畅、实时、稳定的视频传输，不仅推动了精密印刷制造技术在柔性射频天线领域的发展，也在人机交互、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多种场景中也具有广阔的应用前景。

技术指标

团队黄维院士、赵强教授、赵为为副教授和刘蕾蕾教授合作采用具有高电导率、轻质柔性、易加工等特性的Ti3C2 材料替代传统金属并制备导电油墨，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，构建的柔性超宽带Ti3C2 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。 Ti3C2 纳米材料具有良好的亲水性、易于调整的流变范围、可在多种溶剂中形成稳定分散体以及高电导率、轻质柔性等特性，非常符合柔性无线通信器件的制备和使用要求。但目前关于Ti3C2 天线的研究成果存在结构受限、组成复杂、生产工艺粗糙等缺陷，很大程度上限制了其在柔性无线通信器件方向的应用。因此，简化天线层级结构、提高器件制备精度、提升天线柔性和稳定性等成为Ti3C2 柔性射频电路实用道路上亟待解决的关键核心问题。针对介质衬底和无添加剂Ti3C2 水性油墨的共形集成受到限制这一问题，团队提出“分子胶水” 界面改性工艺，采用聚多巴胺分子对柔性介质基板进行改性，增强了印刷的Ti3C2 传输层与介质基板表面的粘附作用力，制备了具有高空间均匀性的柔性超宽带Ti3C2 单极子天线，实现了优异的弯折稳定性与实时的信息传输效果。通过改变墨水浓度、印刷层数等参数，可以进一步调节天线传输性能，实现可控的无线信息传输功能。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。团队制备的柔性超宽带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。当在弯曲状态和平坦状态间进行变换时， 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围绕±0.2 dBi 进行波动，这克服了传统Cu 天线无回弹性的不足。Ti3C2 天线优异的循环弯曲稳定性保证了其在柔性弯折状态下流畅实时的数据传输。当天线处于非视线内或不同方位角时，传输效果依然稳定。进一步通过结合仿真设计，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。

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