基于碳纳米管的全喷墨印刷气敏天线,用于无线通信应用
发布日期：2024-03-26 15:05:22
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背景介绍随着5G通信技术的蓬勃发展和智能网络的推广，各种传感器已被引入物联网和可穿戴智能设备。传统传感器采用电容或电阻结构，只能测量电压、电流或电阻等一个参数的变化。传感器系统中的一些传感膜甚至必须加热，这使得工艺步骤变得复杂，并且由于外部连接，系统变得过于庞大。微波传感器因其非侵入性、无损性和非接触式检测而被认为适用于气体传感。嵌入微波气体传感器的传感膜在目标气体被吸收或释放时会改变微波元件的阻抗，这通过电磁换能反映在频率响应中。此外，微波气体传感器可以直接集成到无线通信系统中，为传感器系统提供了轻量级和灵活的选择。 Chang Gung University大学Hsuan-Ling Kao和Hsien Chin Chiu的团队报告了一种基于碳纳米管（CNTs）的用于氨气传感的全喷墨打印天线。天线嵌入CNT膜必须在电阻、均匀性和稳定性方面满足严格的要求。通过喷墨打印技术实现了基于CNT的各种电阻型气体传感器，这些传感器由液滴间距（DS）和多次通过控制，以研究其传感特性。气体响应随着CNT密度的增加而减小；然而，重复性的分布更紧密，因为CNT之间的连接结增加并且导电路径饱和。首次给出了碳纳米管密度与气敏响应之间的关系。根据电阻型气体传感器的响应，DS=20μm和20通CNT膜的低电阻和稳定的传感响应适合嵌入天线中进行气体传感。气体传感天线在暴露于NH3下的插入和返回损耗的灵敏度表现出线性关系和再现性。基于CNT膜的气体传感天线具有二维值响应、实时气体检测、再现性和可逆性，为无线传感系统提供了可行的选择 。相关成果以“Fully Inkjet-Printed Gas-Sensing Antenna Based on Carbon Nanotubes for Wireless Communication Applications”为题发表在《ECS Journal of Solid State Science and Technology》上。图2 液滴间距为（a）10、（b）15、（c）20、（d）25、（e）30、（f）35和（g）40μm的喷墨印刷CNT膜的照片。图3 放大倍数为9000倍的喷墨打印CNT膜的表面形态，在（a）DS=30μm和8-passes，（b）DS=10μm和12-passes，（c）DS=3μm和16-passes，（d）DS=0μm和20-passes，（e）DS=20μm和8-pass，（f）DS=20um和12-passes、（g）DS=20mum和16-passes以及（h）DS=200um和20-passes。图4 （a） 结构，（b）测量设置，（c）测量的S参数，以及（d）气体传感天线在300、500、700ppm下对NH3浓度的响应（|ΔS21|和|ΔS11|）。Hsuan-Ling Kao,Li-Chun Chang,Yun-Chen Tsai,Chun-Bing Chen, and Hsien Chin Chiu原文链接：http://dx.doi.org/10.1149/2162-8777/ad1ac5
