可穿戴设备、5G技术、通信设备智能织物、植入式电子、物联网等新兴技术的蓬勃发展,使得集成无线通信设备变得无处不在。同时,小型化与可穿戴设备对轻、薄、柔天线组件的需求也快速增加。在天线信息传输过程中,由于微波通讯性能的要求,传统天线均由高导电性的金属组成。但金属天线相对较大的质量、较差的灵活性和复杂的制造工艺限制了紧凑、柔性通讯设备的发展。为了满足快速发展的应用需求,有针对性的设计和制备具有质量轻、可共形的柔性天线器件是信息传输领域研究持续发展的动力,也是这一领域的研究关键。得益于良好的亲水性、易于调整的流变范围、可在多种溶剂中形成稳定分散体等特性,Ti3C2墨水作为印刷与图案化制造的高质量器件的常用材料,并在储能、传感器、电磁屏蔽等领域得到广泛应用。Ti3C2材料的高电导率、轻质柔性、易加工等特点非常符合柔性信息传输器件的使用要求,因此,其开始在微波通讯领域崭露头角。但目前关于Ti3C2天线的研究成果十分有限,存在种类有限、结构复杂、生产工艺粗糙等缺陷,很大程度上限制了其在柔性微波器件方向的应用,因此,简化天线层级结构、提高器件制备精度、研究Ti3C2油墨流变特点、提升天线机械稳定性等众多问题成为Ti3C2柔性通讯器件实用道路上亟待解决的问题。本论文通过对柔性介质基板的改性,使印刷的Ti3C2墨水在基底表面并形成良好作用力,维持优异稳定性与信息传输效果。通过调控打印参数的变化,控制天线传输性能,实现信息通讯功能。具体内容如下:（1）针对Ti3C2天线存在的精度低、结构复杂等问题,本论文设计了高精度印刷与分子胶水相结合的制备流程。60 mg m L-1的Ti3C2墨水具有约50 Pa的屈服应力、随剪切速率快速变化的黏度与可控的流变性能,通过控制其打印参数来控制印刷的精细程度。此外,利用聚多巴胺（PDA）表面所含的丰富官能团（-NH2、-OH等）与其优异的附着性能,将Ti3C2墨水打印在商业F4B介质基板上,得到纵向结构简单的单极子天线。得益于Ti3C2墨水的高导电率(6000 S cm-1),得到的单极子天线具有良好的通讯性能,在1.8–4.0 GHz工作范围内的大多数频率下,都可以维持优异的辐射方向（全辐射）,在中心工作频率2.2–2.4 GHz时,可保持天线的高辐射效率（>70%）与高增益（>2 d Bi）。在实时信号传输过程中,通讯卫星图保持紧凑,无明显发散,且误码率较低,可以完整快速的传递视频信号。此外,基于PDA的优异附着性与表面官能团,得到的单极子天线在弯折1000次之后仍保持较好的性能,S11的曲线与增益的变化十分稳定。我们成功制备了结构简单、传输性能优异的Ti3C2天线,使其实用性迈出一大步。（2）为了实现Ti3C2天线在便携式电子设备中的高质量、多功能应用,我们分别测试了天线的长程稳定性、温度和湿度传感性、远距离传输等特性。针对Ti3C2天线长时间暴露在空气中引起的性能下降问题,我们首先检测了纯Ti3C2天线在30天内性能变化作为参考,并根据多巴胺（DA）延缓纳米片氧化原理制备了Ti3C2/DA天线作为对照。其中Ti3C2/DA复合材料的电阻过大,用其制备的天线S11始终大于-10 d B,即材料导电性过差造成的信号无法传输;此外,对天线的多功能化测试中发现,其在相对湿度（50–70%）时对湿度的敏感度较为明显,在30–75 ~oC温度范围内,整体振幅与谐振点随温度上升出现规律性下降,证明天线具备传输信息功能的同时可作为温湿度传感器使用;最后,模拟Ti3C2天线在实际使用过程中的多种传输类型,以检测其在不同距离、不同方向、不同稳定状态下的传输质量,实验结果证明在多数环境下,Ti3C2天线是可以正常传输信息的。我们实现了兼具优异稳定性、高性能、多功能、传输稳定的柔性天线,拓宽Ti3C2天线的应用范围。
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