近日，“2023年度江苏省行业领域十大科技进展”遴选结果发布，南京邮电大学有机电子与信息显示国家重点实验室黄维院士、赵强教授团队联合射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室刘蕾蕾教授团队、宽带无线通信与传感网技术教育部重点实验室田峰教授团队完成的“面向无线通信应用的印刷柔性射频天线的研制”成果入选电子信息领域十大科技进展。

随着物联网、可穿戴设备、植入式电子等新兴技术的快速发展，柔性无线通信设备逐渐趋向于柔性化、轻薄化和微型化。日益增长的市场需求迫切需要开发出具有“轻、薄、柔”特点的天线组件。然而，传统金属天线的本征重量大、回弹性差和制造工艺复杂等缺陷限制了其在柔性无线通信领域的应用。因此，如何有针对性地设计、制备质轻、可共形集成的柔性射频天线成为该领域面临的重要挑战。

“针对上述挑战，我们团队在柔性电子国家基础科学中心等项目支持下，开展了面向无线通信应用的柔性射频天线的技术攻关。”赵强教授介绍，团队创新性提出了“分子胶水”界面改性工艺和先进挤压印刷技术相结合的策略，成功构建了柔性超宽带碳化钛单极子天线，实现了在弯曲状态下流畅、实时、稳定的无线通信传输等关键技术突破。

二维碳化钛超薄纳米材料具有高电导率、轻质柔性、易于加工的特性，非常符合柔性无线通信器件的制备和使用要求。赵强教授介绍：“当前，碳化钛天线都是以介质基板、中间黏结层和碳化钛传输层相互叠加的‘三明治’结构，不仅构造复杂，而且厚度较大，限制了它在可穿戴等柔性电子设备中的广泛应用。”

研究团队针对碳化钛材料在制备柔性天线过程中遇到的难题，利用聚多巴胺“分子胶水”作为中间黏结层。“这种分子胶水非常轻薄，厚度几乎可以忽略不计，同时它表面暴露的官能团，就像无数微小的‘吸盘’一样，使得传输层和介质基板紧密结合。即使在数千次弯折后，碳化钛和介质基板也不会出现分离现象。”赵为为副教授介绍，这是柔性天线能够稳定传输无线信号的基础，同时也为解决柔性射频电路的集成问题提供了有效途径。

该研究的另一重点是提升天线的增益和辐射效率。随着碳化钛传输层厚度的增加，增益和辐射效率也会逐渐提高。刘蕾蕾教授说：“我们的研究希望实现碳化钛传输层既轻薄又高效，找到‘轻、薄、柔’三者之间的平衡点。为此，我们先将碳化钛材料制成油墨，再逐层印刷在介质基板表面，通过控制传输层厚度，得到想要的效果。”该团队研制的柔性天线涵盖了WLAN、蓝牙、5G（n41、n78）频段，在弯曲状态和平坦状态间进行变换时，带宽和中心频率保持良好，当天线处于非视线内或不同方位角时，传输效果依然稳定。

该项目首次完成了柔性碳化钛天线的视频信号无线传输实例，这是南邮材料、电子、通信领域的三个优势学科团队共同合作，在“柔性电子”交叉学科领域取得的重要研究成果。