«Многие исследователи, в том числе наша лаборатория, разработали прототипы датчиков для носимых систем здравоохранения, но была очевидная необходимость в разработке антенн, которые можно было бы легко встроить в эти системы для передачи данных с датчиков, чтобы можно было наблюдать за пациентами или "диагностирована", — говорит д-р Юн Чжу, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники в штате Северная Каролина и старший автор статьи с описанием работы.Исследователи хотели разработать антенну, которая могла бы растягиваться, скручиваться или скручиваться и всегда возвращалась к своей первоначальной форме, потому что носимые системы могут подвергаться различным нагрузкам при перемещении пациентов.Чтобы создать подходящую упругую и эффективную антенну, исследователи использовали трафарет для нанесения серебряных нанопроволок в определенном порядке, а затем вылили жидкий полимер на нанопроволоки.
Когда полимер затвердевает, он образует эластичный композитный материал, нанопроволоки которого образуют желаемый узор.Этот узорчатый материал образует излучающий элемент микрополосковой патч-антенны. Манипулируя формой и размерами излучающего элемента, исследователи могут контролировать частоту, на которой антенна отправляет и принимает сигналы.
Затем излучающий слой связывается с «заземляющим» слоем, который сделан из того же композита, за исключением того, что в него встроен сплошной слой серебряных нанопроволок.Исследователи также узнали, что, хотя частота антенны действительно изменяется при ее растяжении (поскольку это меняет ее размеры), частота остается в пределах определенной полосы пропускания. «Это означает, что он по-прежнему будет эффективно обмениваться данными с удаленным оборудованием, пока он растянут», — говорит Адамс. «Кроме того, он возвращается к своей первоначальной форме и продолжает работать даже после того, как был значительно деформирован, согнут, скручен или свернут».
Поскольку частота изменяется почти линейно с деформацией, антенна также может использоваться в качестве беспроводного датчика деформации.«Другие исследователи разработали растягиваемые сенсоры, например, с использованием жидкого металла», — говорит Чжу. «Наша технология относительно проста, может быть интегрирована непосредственно в сами датчики и ее довольно легко масштабировать».Работа над новой растягиваемой антенной основана на предыдущих исследованиях лаборатории Чжу по созданию эластичных проводников и многофункциональных датчиков с использованием серебряных нанопроволок.Статья «Растягиваемые и обратимо деформируемые радиочастотные антенны на основе серебряных нанопроволок» опубликована в Интернете в ACS Applied Materials.
Интерфейсы. Ведущий автор статьи — Линнан Сонг, студентка Чжэцзянского университета, которая работала над проектом в NC State во время программы обмена.
Среди соавторов — доктор философии Аманда Майерс. студент NC State; и доктор Джейкоб Адамс, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в NC State.Работа была частично поддержана Национальным научным фондом в рамках гранта EFRI-1240438 и Центром инженерных исследований NSF в штате Северная Каролина в рамках гранта EEC-1160483.