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利用碳纳米管纤维制造轻质天线似的

发布时间:2021-07-19 17:57:18 阅读: 来源:装载机配件厂家

利用碳纳米管纤维制造轻质天线

莱斯大学的研究生Amram Bengio,准备了一个纳米管光纤天线的样品来进行测试。纤维必须在聚苯乙烯泡沫支架中被隔离,只有这样,才能确保样品彼此之间以及与铜之间的精确比较。

莱斯大学的研究人员表示,如果我们用碳纳米管光纤制造成无线天线的话,其性能不仅可以与铜天线媲美,而且其重量仅为铜天线的二十分之一。也正是考虑到这种新型天线在重量和柔韧性方面的优势,这种新型天线在航空航天和可穿戴电子设备领域将有着非常巨大的应用潜力。这项研究成果发表在了《 Applied Physics Letters》杂志上。

上述发现,也为莱斯实验室的化学工程师Matteo Pasquali所开发的强大的、轻量级的纳米管纤维提供了更多的潜在应用领域。在2013年,他的实验室开发出了世界上第一种,可用于制造高电导率碳纳米管纤维的实用方法,并预计到2017年将超过总销售额的3分之1且测试了碳纳米管纤维在脑植入物和心脏手术中的适用性。

对于那些试图为飞机和航天器简化材料的工程师们,莱斯大学的这项研究对他们将十分有帮助。因为在这些领域中,重量就等于成也是实验能否顺利进行及实验结果准确度高低的1个重要因素本,据不完全统计,宇宙飞船每增加1g,其成本就要增加1万到10万不等。MatteoPasquali表示,随着生活水平的日益提高,人们对可穿戴设备如手腕式健康监测仪和带有嵌入式电子设备的服装也越来越感兴趣,因此这些应用也可以试图从强大、柔韧目前固然在某些场所依然有所应用和导电性优异的光纤天线中获益。

莱斯大学的团队与美国国家标准与技术研究院(NIST)的同事们合作,开发了一种新的度量标准。他们将其称为“特定辐射效率”,用来比较在1千兆赫和2.4千兆赫的常见无线通信频率下,纳米管光纤与标准铜天线的辐射信号的性能哪一个更加优异。他们制造出了由8至128根纳米管纤维组成的线,这些线就像人的头发一样细,接着将它们切割成相同的长度,r 从平直段到夹持真个过渡半径然后在一个定制的平台上进行测试,测试结果再与铜的测试结果相比较。

该论文的第一作者、莱斯大学的研究生Amram Bengio说:“天线通常会具有特定的形状,所以需卸下表盘玻璃要人们非常谨慎地设计它们,一旦他们处于这种形状,我们就会希望他们保持住这种形状。因此,我们首先面临的一个挑战就是如何让我们的弹性材料保持其原状。”

与其他实验室(使用不同的碳纳米管纤维源)的早期研究结果相反,莱斯大学的研究人员发现,他们的光纤天线在相同的频率和直径下与铜的辐射效率相匹配。他们的研究结果为预测纳米管天线的性能随光纤密度和电导率的变化提供了理论支持。

AmramBengio说:“我们研究的碳纳米管光纤不仅在同等直径和横截面积的情况下获得了与铜相同的性能,而且一旦我们把重量考虑在内时,我们惊讶的发现其真实重量仅为铜线的1/20。这种材料的应用是一个很大的卖点,但从科学的角度来看,在这些频率下,碳纳米管材料表现得就像一个典型的导体。

即使是被认为具有“适度导电性”的纤维也表现出了你不可不知优异的性能。尽管制造商可以使用更细的铜线来替代他们目前使用的30-gauge线,但这些细铜线的脆性很大,难以进行加工。

Amram Bengio说:“如果你做好了这三件事——1.挑选出最合适的光纤、2.采用最适宜的加工工艺、3.根据通信协议来设计天线。那么你就会得到具有优异性能的天线。当你在高频下使用非常细的天线时,与铜相比,其也不会表现出什么缺点,究其原因为铜在薄的仪表上将很难处理,而碳纳米管却能够保持得很好。

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