Antenne in metallo liquido: materiali, fabbricazione e applicazioni

I ricercatori internazionali stanno esaminando la struttura e i concetti di progettazione per le antenne in metallo liquido, oltre a esaminare ed espandere le applicazioni in cui potrebbero rivelarsi utili. Le loro scoperte sono delineate nelle ” Antenne in metallo liquido: materiali, fabbricazione e applicazioni ” pubblicate di recente .

Comunemente utilizzate oggi nei dispositivi di comunicazione, le antenne che possono essere riconfigurate sono attraenti per le applicazioni che richiedono una varietà di frequenze diverse nel funzionamento, negli schemi e nella polarizzazione. Le antenne riconfigurabili sono generalmente realizzate in rame e, sebbene tale metallo offra una grande efficienza, gli utenti sono lasciati a gestire flessibilità meccanica inferiore e limitazioni continue.

Con le antenne fluide, tuttavia, vengono trasmesse le proprietà meccaniche dei materiali di rivestimento e l’antenna assume anche la forma di canali fluidi, lasciandoli in grado di deformarsi, piegando, piegando o torcendo, e poi ritornando alla loro forma iniziale.

Le antenne fluidiche tipiche sono classificate come non conduttive, parzialmente conduttive e conduttive:

“I fluidi non conduttivi includono acqua deionizzata (DI), acetato di etile, acetone e vari olii come olio minerale / trasformatore, che vengono utilizzati nelle antenne a risonatore dielettrico (DRA). Sono anche disponibili fluidi parzialmente conduttivi come l’acqua di mare e tipicamente utilizzati nella fabbricazione di antenne per applicazioni marittime, mentre concentrazioni di soluti in soluzioni elettrolitiche possono essere utilizzate per ottimizzare le prestazioni dell’antenna “, hanno spiegato i ricercatori. “Infine, il terzo tipo, su cui questa recensione si concentra principalmente, sono i fluidi conduttivi. I metalli conduttivi liquidi a causa della loro pelle di ossido simile al solido sulla superficie, conferiscono stabilità meccanica alle antenne elastomeriche e, quindi, forniscono flessibilità mantenendo alta conduttività adatta per applicazioni con antenna. “

Mentre altri materiali più solidi sono limitati nella deformazione, ovviamente le loro controparti fluidiche non hanno limiti, rendendoli utili in combinazione con conduttori rigidi a causa della flessibilità della fluidità e delle proprietà fisiche associate ai materiali fluidi conduttivi. La forma liquida offre maggiore libertà e riconfigurabilità, lasciandole spesso create su substrati “morbidi e flessibili” per l’elasticità.

“Tale elasticità non è realizzabile quando si utilizzano elementi radiativi solidi”, affermano i ricercatori.

I fluidi conduttivi sono generalmente composti di materiali compositi o di metallo liquido. I nanocompositi possono anche essere usati per aumentare le proprietà conduttive.

“Il mercurio è l’unico metallo disponibile in forma liquida a temperatura ambiente con un punto di fusione di -39 ° C e una conduttività elettrica di 1 × 10 6 S / m”, spiegano i ricercatori. “Ha anche buone proprietà di attrito e un basso tasso di ossidazione, che lo rende un materiale adatto per lo sviluppo di un’antenna liquida. Tuttavia, il mercurio è estremamente tossico e deve essere maneggiato con cura, determinando un uso limitato nella progettazione dell’antenna. “

Gli autori sottolineano che quasi tutte le tecniche di fabbricazione e modellatura per antenne convenzionali possono essere utilizzate con antenne LM; tuttavia, la fabbricazione LM è generalmente definita come di tre tipi:

Morbido / foto-litografia
Stampa 2D / 3D
LM che spruzza sul substrato

Ai fini della stampa 3D, il metallo liquido viene utilizzato per riempire canali e cavità in substrati flessibili nella stampa 3D FDM. Altre tecniche di successo, tuttavia, includono la scrittura diretta di antenne, aumentando sia la resistenza che la conduttività.

Oggi le antenne LM sono utili in applicazioni come:

Sistemi di rilevamento del movimento attaccabili alla pelle
Trasferimento di energia wireless
Dispositivi biomedici impiantabili
Tag RFID
Dispositivi cellulari portatili
“Le antenne basate su LM potrebbero non rappresentare un’alternativa generale alle tecniche standard di commutazione ad alta frequenza utilizzate nei moderni dispositivi di comunicazione a causa delle loro piccole conduttività elettriche, basse velocità di commutazione e dimensioni della micropompa”, hanno concluso i ricercatori. “Tuttavia, con il recente sviluppo di migliori nanocompositi LM, metodi di fabbricazione / riempimento e tecniche di ottimizzazione / riconfigurabilità, le antenne LM mostrano una prospettiva molto promettente come parte della più ampia futura rete 5G, in particolare per applicazioni che richiedono soluzioni flessibili per le antenne.”