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由电压控制的可重构液态金属天线
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-09-18
北卡州立大学(NCSU)的研究人员开发出一种由电压控制的可重构液态金属天线，并将其结果发表在《应用物理》上。
自液态金属发现以来，研究者们极力将其应用于电子领域，但由于电子设备的外部泵不能方便地集成到电子系统内，影响了这种电子设备的发展和应用。
近来，北卡州立大学(NCSU)的研究人员开发出一种由电压控制的可重构液态金属天线，并将其结果发表在《应用物理》上。
团队的工作灵感来源于NCSU化学与生物分子工程系Michael Dickey教授领导的液态金属研究团队观察到的现象。通过将电极放置在液态金属和电解质之间的接口处，可以使液态金属在正电压或者负电压的控制下进行扩散。
通常情况下，天线的导电路径和长度是天线某些属性（如工作频率和辐射模式）形成的关键。NCSU电子与计算机工程系的教授助理Jacob Adams指出：“相比于实用固定导线，液态金属（如共晶镓和铟）天线可以调节天线的形状以及其他性能。”
那么，如何研制出由电压控制的可调谐天线呢?该研究团队利用电化学反应缩短或者延长液态金属的灯丝，从而改变天线的工作频率。在小正电压的作用下，金属流入毛细血管，在小负电压的作用下，金属退出毛细管。
Adams指出：“正电压通过电化学沉积法沉积金属，降低氧化物的表面张力，负电位氧化金属，增加氧化物的表面张力。正负电压的差异改变了金属的表面张力，从而决定液态金属的流动方向。通过外加电压的控制，消除或者重新生成氧化膜，促使液态金属在毛细管中流入或流出。就像液态金属的电化学泵一样，我们称之为‘电化学控制毛细现象’。”
虽然使用带有电子开关的固体导体，固定天线的性能可以在一定程度上进行调节，但是相比之下，液态金属大大增加天线可调整的工作频率范围，增加幅度是电子开关固定天线的至少两倍。
在移动设备中，液态金属天线具有巨大的潜在应用价值。Adams指出：“移动设备的尺寸在不断的减小，新兴的物联网产业需要一个巨大的小型无线系统。随之，服务设备的数量必须能够保证产业的供应，对天线的频带范围和射频前端也提出了要求。其实真正的移动系统中天线设计的挑战存在于天线尺寸和操作带宽之间的矛盾作用。”
这就是为什么可调谐天线具有极高的需求度:他们可以小型化发展，适应近场加载问题。如证所周知的iPhone 4按下底键会漏掉电话的“死亡之按”问题一样。相比传统的固定天线相比，液态金属天线系统的巨大优势使它也适用于其他组件，如可调滤波器。
接下来，研究人员要对可调谐液体金属元素进行探究。Adams：”目前还需要进一步研究表面氧化物对金属表面张力的影响，以进一步提高液态天线的重构效率和速度。”
从长远来看，Adams和他的同事们希望最大程度的控制液态金属的形状——这种控制不仅在一维毛细血管中，甚至在二维表面，使用液态天线获得任何想要的天线形状。这将极大程度的发挥天线的电磁特性，以此执行更多的功能。
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