以纺织物为基底的直接打印可穿着柔性微带天线的研究

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随着科技的进步和纺织技术的不断发展,纺织品突破了原有的保温、美化范畴,朝着功能化和智能化的方向发展,延伸出了智能纺织品这一全新领域。微带天线作为天线家族的重要一员,具备了良好天线性能的同时,还具有剖面低、易共形、体积小、重量轻等诸多优点。对于以点胶的技术手段制备所得的直接打印可穿着柔性微带天线,其以纺织物为基材,将微带天线与柔性纺织品相结合,不仅具备纺织品柔软、吸湿、透气等服用性能,还兼顾了微带天线的自身优点,具有广阔前景和积极意义。本文基于点胶效果,首先从芯吸高度和润湿时间角度对织物润湿性能进行评价,从液体动态扩散角度进行研究,并以液滴扩散面积和定点涂布效果为依据,找寻出合适润湿性能的织物;以上述研究为基础,从有/无络合剂、速度、压力、循环次数等方面对镀铜层的制备工艺开展研究,最后通过回波损耗对天线性能进行了表征,具体研究内容和结果如下:织物润湿性能的评价。为了寻找适用于点胶操作的最佳织物润湿范围,制备了具有各种润湿性的试样。测试不同纤维类型、不同组织结构及不同整理剂处理后的织物的芯吸高度和润湿时间,并对液体动态润湿开展研究,主要的动态润湿参数有:动态接触角、动态吸湿曲线。结果表明,织物组织结构越疏松,纤维大分子结构中的亲水性基团越多,极性越强,对水的吸附能力越强,以平均前进接触角为参考,棉A、棉B、涤纶A和涤纶B分别为70.32°、59.90°、94.13°和97.53°;对于不同整理剂处理后的织物,聚醚改性有机硅TF405和改性2D树脂TF655对织物表面能有一定的提高作用,其次是阳离子脂肪酰胺TF449和天然蜡乳液TF811,而氨基有机硅TF437和三防整理剂TG410HN则表现为较强的拒水特性,平均前进接触角的范围在67.95°至115.36°之间。合适润湿性能织物的确定。以满足点胶手段制备镀铜层的合理织物润湿性为要求,对上述不同织物进行点胶试验,结果表明,对于单位液滴,随着平均接触角的增加,液滴在织物表面的扩散面积从0.89cm2逐渐减小0.03cm2;在定位涂布的条件下,若平均前进接触角为82.3°以下时,溶液易渗化;反之,若大于90°则溶液无法渗透。为了制备出较为清晰的导电铜层,平均前进接触角维持在82.3°至90°,润湿时间在6s左右为宜。镀铜层的制备工艺优化。为了获得均匀致密且具有优良导电性的镀铜层,研究了有/无络合剂及不同点胶速度、压力、循环次数等条件下的镀铜层制备。结果表明,络合剂的添加对镀铜层的牢度均有一定的提高作用,但由于氧化还原反应的析氢现象的存在,为了减少镀铜层表面的孔洞,可通过降低溶液浓度,提高点胶速度,增加循环次数的方法,以达到满足导电性要求的同时提高镀铜层牢度。微带天线的组装。利用3M喷胶将辐射层、介质层和接地层三部分组件以传输线馈电的方式相互粘合,要特别注意粘合的均匀性和一致性,最后辅以标准SMA接头将三者连接,并以电烙铁将其固定,以备后续的测试。微带天线的回波损耗测试。在1GHz~3GHz的测试频率范围内,以制备所得的微带天线的工作频率可达到2.45GHz,但其信号辐射能力不如以铜箔为辐射层的微带天线,并且介质层厚度的变化,对回波损耗的影响较小。
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