载玻片上柔性且可拉伸的基于水凝胶的液态金属天线。 绿色板用于连接用于天线馈电的 SMA 连接器。
在可穿戴技术和灵活电子设备的崛起中，微型天线的设计和制备变得至关重要。为了满足不断增长的市场需求，研究人员一直在寻求创新的方法，以改进天线的性能和适应性。最近，一项新的技术引起了广泛关注，该技术利用了液态金属和水凝胶的独特组合，成功制备了可拉伸的微型天线。
原理：液态金属与水凝胶的巧妙结合
这一新型可拉伸微型天线的制备方法的核心原理在于将液态金属与水凝胶相结合。银结构的拉伸性很差，使用液态金属代替固态金属结构不仅使金属更容易填充水凝胶微通道，而且还提高了其拉伸能力。具体而言，研究团队采用了共晶镓铟，这是一种在室温下为液体的金属合金。通过将共晶镓铟注入通过单步飞秒激光烧蚀工艺创建的微通道中，研究人员成功地实现了微型天线的制备。他们使用这种方法创建了一个尺寸为 24 毫米 × 0.6 毫米 × 0.2 毫米的天线，嵌入到 70 毫米 × 12 毫米 × 7 毫米的水凝胶板中。
制备过程
制备过程包括以下关键步骤：
微通道的形成：首先，研究人员使用飞秒激光在水凝胶中形成微通道，而不会对其表面造成任何损伤。这一步骤至关重要，因为它为后续的液态金属注入创造了必要的结构基础。
液态金属注入：随后，在形成的微通道中注入液态金属，从而形成了微型天线的结构。这种天线采用液态金属，使其更容易填充微通道，并提高了其拉伸能力。
嵌入水凝胶板：最后，将这一柔性的液态金属天线嵌入到水凝胶板中，以增加其整体的灵活性和可拉伸性。这一步骤也有助于确保天线能够在各种环境中稳定工作。
图注：研究人员使用液态金属和激光烧蚀来制造可拉伸的微型天线
研究人员测试了可拉伸偶极子天线在不同频率下的反射系数。 实验表明，纯水凝胶反射了几乎所有的入射电磁波能量，而嵌入水凝胶中的液态金属偶极子天线将大部分入射电磁波有效地辐射到自由空间，只有不到10%在谐振频率处被反射。通过将施加的应变从 0% 改变到 48%，天线的谐振频率可以从 770.3 MHz 调谐到 927.0 MHz。
潜在应用领域
这一技术具有广泛的潜在应用领域。首先，可拉伸的微型天线可应用于可穿戴医疗设备，例如温度、血压和血氧监测器，为健康监测提供更多可能性。其次，这些天线可以用于建立无线体域网络，支持数据传输和通信需求。此外，由于这些天线的谐振频率可通过施加应变进行调节，因此它们还可以用于可穿戴的运动传感器，以实现更精确的运动监测。
这一创新的可拉伸微型天线制备方法的出现为电子设备和可穿戴技术领域提供了新的可能性，也为未来的电子设备和应用提供了更多灵活性和适应性。
