南京邮电大学研究为“柔性天线家族”再添一员-世界信息

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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，南京邮电大学有机电子与信息显示国家重点实验室黄维院士、赵强教授团队和射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室刘蕾蕾教授团队在柔性射频天线领域取得重要进展，南邮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。相关论文发表于国际学术期刊《自然·通讯》并被推荐为“Devices”领域亮点研究。刘蕾蕾教授、赵强教授和黄维院士为共同通讯作者，赵为为副教授和倪浩博士为共同第一作者。

该校电子与光学工程学院、柔性电子“未来技术”学院院长、“柔性电子”学科方向带头人赵强教授介绍：“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。

在该项研究中，南邮团队的另一重点则是提升天线的增益和辐射效率。随着碳化钛传输层厚度的增加，增益和辐射效率逐渐提高。赵强院长说：“我们的研究是希望碳化钛传输层薄但效率高，找到“轻、薄、柔”的平衡点。实验使用的碳化钛是油墨状的，传输层的制作则用到了先进挤压印刷技术，该项技术可以在室温的操作环境下方便实现大面积图案化，整个工作通过一层层的裱涂，可以定点、定量轻松做到改变碳化钛传输层的浓度、厚度，进而得到我们需要的效果。”

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，传输效果依然十分稳定。

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。（通讯员：南京邮电大学 谭鑫）

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