二十一世纪充满了许多有趣的，有时甚至是令人难以置信的发明。 从字面上看，每天都有新事物出现，有望改善您的生活。 这些创新之一就是物联网，当我们周围的各种物理对象可以相互通信，形成一定的网络时。 例如，您的冰箱上有您想通过Internet购买的产品列表。 他可以将这些信息传输到您的计算机，这将下订单。 这听起来非常不寻常，但绝对是真实的。 但是，必须在设备之间建立稳定的连接，为此必须在其中建立某些设备，尤其是其中一部分可能是射频天线。 今天，我们将讨论一种新形式的零件，该零件实际上是用喷枪制成的，通常喷在墙壁或汽车上。 该天线由什么材料制成，其特性和特性是什么，如何帮助物联网的发展-我们将在研究人员的报告中寻找这些以及其他问题的答案。 走吧
研究的实质研究人员立即将我们的注意力转向了天线的现状。 其中大多数由金属（铜，银，铝）组成，这是合乎逻辑的，因为此类物质是极好的导体，这对于有效传输无线电波极为重要。 但是，有一个因素限制了金属天线的功能。 这是一种表面效应，决定了电流可以有效流过的材料的厚度。
表面效应概念的简化方案。研究人员以铜为例。 在2.4 GHz的频率下（通常用于Wi-Fi或蓝牙），铜的表面效应为1.33μm。 银为1.29微米，铝为1.67微米。 因此，由这些材料制成的天线的厚度必须至少为5微米，以使其有效工作。
但是，在最小化设备方面，这种尺寸似乎不再那么小，相反。
科学家们并没有忘记金属纤维生产技术的存在，但是这种方法非常耗时且昂贵。 因此，我们需要一种新的天线底座，该底座与它们的前代产品完全不同，能够高效，快速地生产，并且当然便宜。 而这样的基础恰好是MXene。
未来天线的材料射频天线通常由金属制成，但是用这种材料制成薄，轻且柔性的天线极其困难。 我们还记得，现在最小化设备的尺寸及其细节是任何技术的发展重点之一。 物理尺寸和形状的问题可以通过现代纳米材料来解决，例如石墨烯，碳纳米管和导电聚合物。 但是这种材料的电导率很低，这极大地限制了它们的应用。
如果您无法从可用材料中找到理想的材料，则可以自己创建。 科学家就是通过这种方式走了。 新天线的基础是二维碳化钛（TiC），在报告中还具有另一个名称
MXene * 。
MXenes * -或maksens是一类二维无机化合物。
MXene基体是碳化钛铝（Ti
3 AlC
2 ），通过
选择性蚀刻从中去除了Al原子层。
选择性蚀刻*是从物质系统中除去一种特定成分的方法。
将1克Ti
3 AlC
2粉末逐渐加入到10毫升由6毫升盐酸，3毫升49％氢氟酸和1毫升去离子水组成的溶液中。 将所得混合物置于冰（冷却）浴中10分钟，然后连续搅拌24小时。
在蚀刻过程之后，将混合物通过离心（3500 rpm，每次运行2分钟）清洗5次，直到pH达到7-6。 接下来，将所得沉淀物加入到氯化锂（20％）和水（80％）的冷溶液中。 然后在冷却浴中再搅拌10分钟，在室温下搅拌4小时。
这还不是全部。 下一步是重复三次清洁以获得深色，这标志着分离过程的开始。
因此，合成了基础物质。 现在，您需要将其施加到厚度为4密耳（1密耳= 1/1000英寸）的PET（热塑性聚对苯二甲酸乙二醇酯）基材上。 使用PET是因为它具有柔韧性和透明性。
在将MXene应用于基材之前，必须对其进行制备。 首先在5％
* Hellmanex III
清洁剂溶液中超声清洗基材3分钟。 随后是超声波清洗的另一个阶段（也是3分钟），但现在是在去离子水中和乙醇190（95％的纯未变性乙醇和5％的H
2 O）中进行。
洗涤剂* -具有高表面活性的物质，因此可用于清洁，消毒或溶解。 我们洗碗的方式可以称为洗涤剂。
随后，使用压缩空气干燥基板，并通过氧等离子体纯化5分钟，O2流量为4 cm
3 / min。 这使得可以去除残留的污染物并提高表面的
亲水性* 。
亲水性* -夸张，物体吸收水的能力。 沐浴海绵是亲水性的主要例子。 相反，当物体排斥水时会产生疏水性，就像雨中的雨伞一样。
以亲水性为例，说明干海绵如何吸水。
作为将MXene应用于PET的工具，普通的喷雾器（对于喜欢更多名字的人来说是喷枪）已经成为现实。
研究成果作为上述制造过程的结果，获得了具有Ti
3 C
2薄片的稳定的
胶体水溶液* 。
胶体溶液* -实际上，当其中存在一种构成物质的小颗粒时，它介于真溶液（均质）和粗分散溶液之间。
图片编号1图
1a示意性地示出了上述Ti
3 C
2纳米薄片。 还显示了将这种物质施加到基材上的选项：过滤（过滤）和喷涂（喷涂）。 在这项研究中，将注意力放在制作电影的第二种选择上，这将成为新天线的基础。 如果您通过喷涂进行涂装，则膜厚将不超过1.4微米。 如果您进行过滤-大于1微米。
喷涂的优点还在于，如果用氧等离子体预处理基材，则可以将厚度为1μm的Ti
3 C
2层施加到PET的粗糙表面上。 当应用于PET时，过滤不会产生这样的结果。
图像
1b显示了来自MXene的赫兹偶极子（天线类型）的照片，其厚度为62 nm（顶部样品）和1.4μm（底部样品）。
图1c是SEM（扫描电子显微镜）图像，在其中我们可以看到Ti
3 C
2薄片（红色虚线）如何分布在基板表面上（顶视图），以及MXene层如何隐藏基板（侧视图）。
图
1d是通过两种方法创建的样品的X射线衍射分析结果：真空过滤和喷涂。 黑色线是真空过滤后的薄膜，红色线是在真空中于150°C的温度下热处理后的薄膜。 黑色虚线是喷涂后的1.4μm薄膜，红色虚线是在150°C的真空中额外处理后的。
在过滤的情况下，真空处理将（002）峰从6.8°移至8.3°。 并且在喷涂的情况下-从〜5°到6.1°。
在射频电路中，一种物质的极其重要的指标是薄膜表面的电阻。 在图
1e中，我们可以看到通过四点电阻测量获得的不同膜厚的不同电阻指数。 当膜厚度为1.4μm时，电阻达到每平方0.77±0.08欧姆。 如果该膜为62nm厚，则结果为每平方47±8欧姆，并且在550nm的波长下光的透射率为49％。
该分析的重要观察结果是，电阻在达到≤100nm时会增加。 根据研究人员的说法，这很可能是由于各个Ti
3 C
2纳米薄片之间键的不连续，这是由于手动喷涂的不准确所致。
喷涂程序后的样品。研究人员，我们已经研究了材料的特性。 下一步是检查基于MXene制造的材料创建的设备的可操作性。
制造了3个设备来测试某些参数：
- 赫兹偶极子，用于检查辐射特性；
- 用于检查波传播的传输线；
- RFID标签（射频识别），用于研究将波反射回源时的反向散射。
图片编号2半波偶极天线在各个领域（广播，移动电话，无线连接等）极为普遍，因为它们在各个方向上传播波。 因此，选择这种类型的天线来测试波特性。
图
2a显示了这种由测试的MXene制成的，频率为2.4 GHz的天线的示意图。 偶极子的总长度为62 nm，是该工作频率下波长的一半。 分析的主要指标是回波损耗和辐射特性。
回波损耗率取决于厚度：从114 nm的-12分贝到8μm的-65分贝。 可以清楚地看到，回波损耗随天线的加厚而增加。 研究人员指出了这种趋势与厚度和表面电阻的相关性之间的关系，如前所述。 还应注意，回波损耗可以直接取决于由于长度不同而引起的电阻变化，当天线较薄时，回波损耗会减小。 同样，这是由于将MXene喷涂到基板上的手动方法。
图2b是各种厚度（从114nm到8μm）的偶极天线的反射系数（S
11 ）的测量值。 曲线图
2c中显示了驻波系数的测量结果，显示了如何有效地将功率传输到天线并进行了阻抗匹配。 黑色正方形是经过测试的MXene，红色圆圈是铜，蓝色菱形是铝。
偶极天线的辐射方向性是在特殊的消声室内测量的，而维瓦尔第天线则充当信号接收器。 测试室的视图如图
2d所示。
维瓦尔第天线的一个例子。在相邻的图（
2e ）中，我们已经看到MXene天线的辐射方向图，厚度为8μm。 最后，一个
2f图显示了MXene天线的最大方向性。
研究人员注意到新天线的一个非常重要的特性，即反射系数。 对于厚度为8μm的天线，此指标为-65 dB，这比由其他具有相应厚度的纳米材料制成的天线的指标好得多。
即使厚度为1.4μm，所得到的系数（-36 dB）也比印刷石墨烯，层压石墨烯或银墨水制成的7μm天线更好。
图片编号3因此，现在我们继续测试第二种设备，从测试材料到传输线。 可以说，这是各种RF设备的主要组成部分，非常重要。 需要它们以最小的能量损耗将射频信号从A点传输到B点。
在用于测试的各种传输线中，选择了一种-条形波导。 在这样的波导中，电磁波沿着位于同一平面中的两个或更多个导体传播。 在图像
3a中示出了波导的布局和外观。 信号沿中心导体（宽1.7μm）传输，并且在其两侧以0.5μm的距离接地。
该测试是通过厚度为62 nm至8μm的波导以及先前的测试对象-偶极天线进行的。 如图
3b所示，随着厚度的减小，衰减系数增加。 但是图表
3c显示，测得的数据几乎与预先计算的数据完全一致。
还测试了这种波导（
3d ）的柔性。 改变波导的形状不会导致其特性发生任何变化，这使MXene成为用于灵活，紧凑型设备的出色材料。 然而，在恒定弯曲的情况下，观察到表面电阻增加了14％，这可以通过应用离心方法在基材上沉积Ti
3 C
2来解决，这将使纳米薄片更均匀地分布在表面上。
接下来，研究人员将其创建的衰减系数与之前创建的衰减系数进行了比较。 因此，在1GHz下，MXene衰减系数（1.4μm）是7.7μm厚的石墨烯波导的50倍，是银墨波导的300倍。 比较的细节可以在图
3e中看到。
最后，测试了第三种基于MXene的设备RFID标签。
图片编号4图4a示出了RFID天线的示意图和工作原理。 曲线图
4b显示了三个不同RFID天线的下行链路读取距离。 这三个样本的读取范围均为6 m，当达到RFID芯片的最大匹配输入阻抗时，范围将扩大到8 m。
上述指标非常令人鼓舞，但是Ti
3 C
2具有重要的缺点-氧化。 Ti
3 C
2纳米薄片仅在惰性气氛下绝对稳定。 在这项研究中使用了氩气（Ar）。 如果薄膜进入含氧介质，它将开始缓慢塌陷。 测量表明，在普通空气中，Ti
3 C
2可以保持70小时的性能。 这适用于单个薄片，单个薄片。 如果它们很多，并且它们形成组，那么这种纳米薄片可以存在多达30天，而空气中不会出现负面变化。 这是由于它们的精确性，因为它们彼此紧密相邻并保护内部零件免受氧化，从而延长了它们的使用寿命。
据科学家称，目前可以通过层压基于Ti
3 C
2的零件或将其放置在密封装置中来解决氧化问题。
有关计算，测试和测量的详细信息，请参见
科学家的
报告及其
补充材料 。
结语根据测试和测试，上述材料由于其特性而完全值得特别注意。 轻便，灵活，体积小，同时具有良好的性能是将来吸引许多公司的因素。 我们周围的设备越来越智能，其中一些设备越来越小。 更改事物的大小，您会期望其特性变差。 这就是为什么许多研究小组正在致力于创建新设备，新零件，寻找新材料或合成它们的原因。 所有这些使得未来技术的生产率不取决于其物理特性或使用环境。
此外，“来自雾化器的天线”-这个短语听起来像艾萨克·阿西莫夫（Isaac Asimov）想象的那样具有未来派性。 但是，没有什么会令现代科学家感到惊讶。 相反，正是他们没有停止使我们惊奇，我们也没有停止对他们的发现感到惊讶和高兴，因为大多数人的目标是共同利益。
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