柔性碳納米管薄膜天線：有望應用於5G網路！
背景
天線，是無線通信系統中非常關鍵的部件之一，通常用於發射和接收無線信號。傳統的天線大多數是由金屬例如銅製成。
然而，為了滿足可穿戴設備、植入式設備、航空航天等新應用的需要，科學家們正在利用石墨烯、二維材料、碳納米管等新型材料開發出更具柔性、更輕、更低成本的新型天線。
創新
根據美國萊斯大學布朗工程學院研究人員的說法，由碳納米管薄膜製成的天線，不僅在無線應用方面與銅製天線一樣高效，而且更堅韌、更柔性，基本上可以塗到器件上。
萊斯大學化學與生物分子學實驗室工程師馬提歐·帕斯誇里（Matteo Pasquali）測試了由「剪切對齊」的納米管薄膜組成的天線。研究人員發現，這種導電薄膜不僅可以匹配常用銅薄膜的性能，還還以做得更薄以便更好地處理更高的頻率。
《應用物理快報（Applied Physics Letters）》期刊中詳細介紹的成果，推進了該實驗室之前關於碳納米管纖維基天線的研究工作。
技術
論文領導作者阿姆拉姆·本吉奧（Amram Bengio），在美國國家標準與技術研究院（NIST）位於科羅拉多州波爾得市的設施，領導了該實驗室的剪切對齊的天線的測試。本吉奧在帕斯誇里的實驗室供讀博士學位期間展開了這項研究並撰寫了論文。因此，他創辦了一家公司以進一步開發這種材料。
在5GHz、10GHz、14GHz的目標頻率下，這種天線可以輕易地與相應的金屬天線保持一致。他說：「我們將要實現的頻率，如今尚未在Wi-Fi和藍牙網路中應用，但是將要應用於即將到來的5G天線。」
本吉奧表示，其他研究人員爭辯道，基於碳納米管的天線以及它們的內在特性阻礙了它們遵守「輻射效率與頻率之間的經典關係」。但是，萊斯大學通過更精製的薄膜證明了他們是錯誤的，並允許進行一一比較。
為了製造這些薄膜，萊斯大學實驗室在酸性溶液中溶解了納米管，它們大多數是單壁的，長度達8微米。當擴散到表面時，產生的剪切力促使納米管自對齊。這種現象已被帕斯誇里的實驗室應用於其他研究。
本吉奧表示，儘管氣相沉積作為一種分批加工的方法，廣泛地應用於金屬的微量沉積，但是液相處理方法卻有助於實現更具可擴展性且持續的天線製造。
這種測試薄膜的尺寸大約相當於載玻片，厚度在1微米到7微米之間。納米管通過具有強烈吸引作用的范德華力結合在一起，使得材料機械特性比銅要好得多。
價值
研究人員表示，這種新型天線不僅適合未來的5G網路，而且適用于飛機，特別是無人機（對於它來說重量是一個考慮因素）；它也適合井下油氣勘探的無線遙測入口；此外，它還適合未來的「物聯網」應用。
本吉奧表示：「由於電磁波通過空間的物理原理的限制，所以就這一點而言，我們無法改變任何東西。然而，我們正在設法改變的是製造所有這些天線的材料，它們將比銅更輕、更強、更耐受一系列不利環境。」
帕斯誇里表示：「這是一個很好的例子，說明了與國家實驗室的合作如何極大地拓展大學課題組的影響範圍。沒有NIST團隊的智力參與和實驗能力，我們將永遠無法完成這項工作。」
關鍵字
天線、柔性電子、碳納米管、5G、可穿戴技術
參考資料
【1】http://news.rice.edu/2019/06/10/antennas-of-flexible-nanotube-films-an-alternative-for-electronics-2/
【2】E. Amram Bengio, Damir Senic, Lauren W. Taylor, Robert J. Headrick, Michael King, Peiyu Chen, Charles A. Little, John Ladbury, Christian J. Long, Christopher L. Holloway, Aydin Babakhani, James C. Booth, Nathan D. Orloff, Matteo Pasquali.Carbon nanotube thin film patch antennas for wireless communications. Applied Physics Letters, 2019; 114 (20): 203102 DOI: 10.1063/1.5093327
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