“切纸术”思路帮助造出柔性3D微波天线

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美国德雷塞尔大学和加拿大不列颠哥伦比亚大学研究人员利用古老的切纸术，将一张涂有导电MXene墨水的醋酸纤维纸变成了柔性3D微波天线，只需拉伸或挤压，稍微改变其形状，就能调整其传输频率。这种天线不仅轻巧灵活，而且耐用，非常适合用在可移动机器人和航空航天部件上。相关论文发表于新一期《自然·通讯》杂志。

切纸术是一种通过折叠和剪切纸张，创造出复杂三维纸质工艺品的技术。研究人员认为，这种技术或许能用于设计模型，制造下一代天线。

为了制造天线，研究人员首先在醋酸纤维基材上涂抹一种由碳化钛MXene组成的特殊导电油墨，创建出频率选择性表面。这种表面就像天线一样，可以选择性地传输、反射或吸收特定频率的电磁波，通常用在天线、雷达罩和反射器上。墨水成分还可调整，以重新配置天线的传输规格。

然后，研究人员在材料表面制作出一系列平行切口，从二维表面拉出方形谐振器天线阵列。改变张力会使阵列的角度发生变化，从而快速调整天线的通信配置。

研究人员组装了两个“切纸天线阵列”进行测试，并创建了一个共面谐振器的原型。结果显示，这种“切纸天线”在3个常用微波频段(2—4GHz、4—8GHz和8—12GHz)表现出良好的信号传输效果。此外，通过改变基板的几何形状和方向，研究人员可引导每个谐振器发出的波束重定向。

在受力条件下，谐振器产生的频率会发生400MHz的偏移，这表明它可有效地作为应变传感器，用于监测基础设施和建筑物。

此次概念验证利用切纸技术通过物理形状变化，制造出各种复杂形状和形式的天线，代表了一种新的天线制造方法，快速且成本效益高。