研究报告:3月21日

糖微图案;3D打印毫米波天线;人体能量收集天线。

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用糖做微图案

美国国家标准与技术研究所(NIST)的一位科学家发现了一种转移印花工艺它可以用糖果在曲面和纹理表面上沉积微电路图案。

转移印刷方法,如柔性胶带,通常用于难以直接打印的表面。但他们在符合某些表面或准确性方面有困难。

这种新方法使用焦糖和玉米糖浆的混合物,这是硬糖的基础。

当在少量水中溶解时,这种糖混合物可以倒在平面上的微图案上。一旦水分蒸发,糖果就会变硬,可以把嵌入图案的糖果带走。

然后将印有图案的糖果放在新的表面上融化。糖和玉米糖浆的混合物在融化时保持很高的粘度,使图案在流过曲线和边缘时保持其排列。然后,用水把糖洗掉,只留下图案。

使用这种被称为REFLEX (REflow-driven FLExible Xfer)的技术,微电路图案可以像模板一样被转移,让科学家或制造商在正确的地方蚀刻和填充他们需要的材料。或者,有图案的材料可以从原始芯片转移到纤维或微珠上,用于潜在的生物医学或微型机器人研究,或者在新设备的尖锐或弯曲表面上转移。

事实证明,这项技术在大范围的表面上都是成功的,包括打印在大头针的尖端上,以及在一根头发上用微型金字写“NIST”。在另一个例子中,1微米直径的磁盘被成功地转移到马利筋种子的牙线纤维上。在磁铁的存在下,磁打印的纤维发生了反应,表明转移起作用了。

发现这种方法的NIST科学家加里·扎博(Gary Zabow)说:“半导体行业已经花费了数十亿美元来完善打印技术,以制造我们所依赖的芯片。”“如果我们能利用其中的一些技术,用一块糖果这样简单廉价的东西来扩大这些印花的范围,这不是很好吗?”

3D打印毫米波天线

谢菲尔德大学的研究人员创造了3d打印毫米波无线电天线其性能与使用传统制造技术生产的产品相匹配。他们认为,这些天线可以加快新的5G和6G基础设施的发展,并为偏远地区带来接入。

天线使用银纳米颗粒,对射频具有优异的电学性能,并已在5G和6G网络使用的各种频率下进行了测试,最高可达48 GHz。它们的增益和时域响应——影响它们接收和发射信号的方向和强度——与传统制造的几乎没有区别。

“这种3d打印设计可能会改变电信行业的游戏规则。它使我们能够以比当前制造技术低得多的成本和快得多的速度为5G和6G网络设计和生产天线。谢菲尔德大学(University of Sheffield)射频工程专业的埃迪·鲍尔(Eddie Ball)说:“这种设计还可以用于生产更大规模的天线,因此有能力覆盖更多地区,为世界上尚未接入的地区带来最快的移动网络。

人体能量收集天线

来自马萨诸塞大学阿默斯特分校和代尔夫特理工大学的研究人员发现了一种低成本的方法来收集可见光通信(VLC)的浪费能量人体是天线.这种浪费的能量有可能被用来为可穿戴传感器供电。

“VLC非常简单有趣,”麻省大学阿默斯特分校信息与计算机科学教授熊杰说。它不使用无线电信号来无线发送信息,而是使用led灯,这种灯可以每秒打开和关闭100万次。任何带摄像头的东西,比如智能手机、平板电脑或笔记本电脑,都可以成为接收器。”

VLC将利用家庭和办公室中现有的LED灯泡基础设施来传输数据。

马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员此前发现,VLC系统中存在显著的能量“泄漏”,因为led也会发射侧通道射频信号。作为收集泄漏射频能量的第一步,研究小组设计了一种用铜线缠绕的天线。他们发现,天线的效率根据天线接触的物体而变化。他们试着把线圈放在塑料、纸板、木头和钢铁上,也试着把它碰在不同厚度的墙上、开机关机的手机和笔记本电脑上。

他们还将其与人体接触,结果证明这是放大线圈收集泄漏射频能量能力的最佳介质,比单独的裸线圈高出10倍。

然后,研究小组尝试了不同的设计,发现简单的铜线圈作为手镯戴在前臂上端,可以很好地平衡能量收集和穿戴性。

“这种设计很便宜——不到50美分,”作者指出。“但Bracelet+可以达到微瓦,足以支持许多传感器,如身体健康监测传感器,由于采样频率低,睡眠模式持续时间长,工作功耗低。”

“最终,”熊说,“我们希望能够从各种来源收集废弃能源,为未来的技术提供动力。”



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