Penyelidik telah membangunkan kaedah baharu untuk membuat antena kecil boleh renggang daripada hidrogel dan logam cecair. Antena boleh digunakan dalam peranti elektronik wayarles boleh pakai dan fleksibel untuk menyediakan pautan antara peranti dan sistem luaran untuk penghantaran kuasa, pemprosesan data dan komunikasi.
"Menggunakan pendekatan fabrikasi baharu kami, kami menunjukkan bahawa panjang antena logam cecair boleh dipotong separuh," kata Tao Chen dari Universiti Xi'an Jiaotong di China. "Ini boleh membantu mengecilkan peranti boleh pakai yang digunakan untuk pemantauan kesihatan, pemantauan aktiviti manusia, pengkomputeran boleh pakai dan aplikasi lain, menjadikannya lebih padat dan selesa."
Dalam jurnal Optik Ekspres, para penyelidik menerangkan teknik baharu mereka, yang melibatkan suntikan gallium-indium eutektik—aloi logam yang merupakan cecair pada suhu bilik—ke dalam saluran mikro yang dicipta dengan proses ablasi laser femtosecond-satu langkah. Mereka menggunakan kaedah ini untuk mencipta antena berukuran 24 mm × 0.6 mm × 0.2 mm yang dibenamkan ke dalam papak hidrogel 70 mm × 12 mm × 7 mm.
"Antena yang boleh diregangkan dan fleksibel boleh berguna untuk peranti perubatan boleh pakai yang memantau suhu, tekanan darah dan oksigen darah, sebagai contoh," kata Chen. “Peranti mudah alih yang berasingan boleh menyambung ke unit kawalan yang lebih besar melalui antena fleksibel—yang akan memindahkan data dan komunikasi lain—membentuk rangkaian kawasan badan tanpa wayar. Memandangkan frekuensi resonans antena fleksibel berbeza mengikut regangan yang dikenakan, ia juga berpotensi digunakan sebagai penderia gerakan boleh pakai."
Logam yang lebih fleksibel
Kerja itu berkembang daripada penyelidikan terdahulu, dilakukan dengan kerjasama Jian Hu dari Universiti Sains Raja Abdullah dan Teknologi di Arab Saudi, di mana penyiasat membangunkan cara untuk mengarang struktur perak 3D yang tertanam dalam hidrogel untuk penderiaan terikan menggunakan ablasi laser femtosecond (bekerjasama dengan Prof. Jian Hu).
"Struktur perak menunjukkan daya regangan yang lemah kerana ia sangat rapuh," kata Chen. "Menggunakan logam cecair dan bukannya struktur logam pepejal bukan sahaja menjadikan logam lebih mudah untuk mengisi saluran mikro hidrogel tetapi meningkatkan keupayaannya untuk meregangkan."
Untuk membuat antena dipol logam cecair—jenis antena yang paling mudah dan paling banyak digunakan—para penyelidik mengimbas laser femtosaat untuk membentuk sepasang saluran mikro simetri di dalam hidrogel tanpa merosakkan permukaan. Tempoh nadi pendek laser menghasilkan kuasa puncak tinggi yang membolehkan ablasi bahan lutsinar melalui kesan optik tak linear seperti penyerapan berbilang foton, yang memastikan bahawa ablasi hanya berlaku pada titik fokus yang tepat untuk laser.
Mereka kemudian menyuntik logam cecair ke dalam saluran mikro, membentuk wayar tertanam hidrogel yang boleh digunakan sebagai antena.
Mereka memilih hidrogel sebagai substrat kerana ia mempunyai sifat dielektrik yang lebih baik berbanding dengan polydimethylsiloxane (PDMS) dan substrat polimer konvensional lain, membolehkan panjang antena dikurangkan separuh. Peranti berasaskan hidrogel juga boleh diregangkan hampir dua kali ganda panjang asalnya.
Walau bagaimanapun, peranti logam cecair berasaskan hidrogel biasanya dibuat menggunakan laser untuk mengukir alur pada permukaan atas, mengisinya dengan logam cecair dan kemudian mengikat substrat bercorak dengan substrat yang tidak terukir.
"Menggunakan kaedah kami, saluran mikro boleh dibenamkan dalam hidrogel menggunakan satu langkah fabrikasi tanpa memerlukan ikatan lapisan," kata Chen. "Selain itu, saluran mikro 3D serta struktur logam cecair boleh dibentuk dengan mudah dengan mengimbas 3D laser femtosecond, yang memungkinkan untuk membuat antena fleksibel 2D atau 3D dengan struktur rumit untuk peningkatan prestasi dan fungsi."
Membuat antena boleh renggang
Untuk menunjukkan pendekatan fabrikasi baharu, para penyelidik menyediakan antena dipol boleh renggang dan mengukur pekali pantulannya pada frekuensi yang berbeza. Eksperimen ini menunjukkan bahawa hidrogel tulen mencerminkan hampir semua tenaga gelombang elektromagnet kejadian, manakala antena dipol logam cecair yang tertanam dalam hidrogel memancarkan kebanyakan gelombang elektromagnet kejadian secara berkesan ke ruang bebas, dengan kurang daripada 10% dipantulkan pada frekuensi resonans.
Mereka juga menunjukkan bahawa dengan mengubah regangan yang dikenakan daripada 0 hingga 48%, frekuensi resonan antena boleh ditala daripada 770.3 MHz kepada 927.0 MHz.
Para penyelidik kini berusaha untuk menambah baik teknik pengedap yang digunakan pada saluran mikro yang disebabkan oleh laser untuk meningkatkan kekuatan antena boleh renggang yang fleksibel dan ketegangan ambang kebocoran logam cecair. Mereka juga merancang untuk meneroka cara pendekatan baharu ini boleh digunakan untuk membangunkan penderia terikan dan tekanan berbilang dimensi yang fleksibel sepenuhnya dengan struktur 2D atau 3D yang rumit.