2020-06-25 15:21:41
威斯康星大学麦迪逊分校的工程师和合作者在木纤维制成的柔性基板上构造了功能正常的微波放大器电路，这是无线通信中常用的电子设备。
在不久的将来，柔性电子产品将为新产品打开大门，例如可折叠手机，可滚动的平板电脑，薄型显示器和可监视健康数据的可穿戴传感器。然而，开发这些新的弯曲产品意味着要使用新的塑料和薄膜等材料来代替刚性电路板和笨重的电子元件，而这些刚性电路板和笨重的电子元件目前占据了手机和其他小工具的内部。
威斯康星大学麦迪逊分校的工程师进行了一项新的研究，利用一种令人惊讶且廉价的物质-木材-来制造可为现代通信提供动力的柔性微波电路。
在今天发表在《自然通讯》杂志上的一篇论文中，威斯康星大学麦迪逊分校电气与计算机工程学教授马振强“ Jack” Ma解释了他和他的合作者如何在纤维素纳米原纤维纸（一种木材）的基材上构建功能性的微波放大电路。产品。
已经证明，用于无线通信的微波组件很难以灵活的形式生产，并且通常构建在集成半导体芯片上或印刷在电路板上。但是灵活的版本，包括薄膜晶体管和Ma十多年来一直在创造的组件，可能会在可穿戴设备，无人机以及5G无线网络和高级通信系统中使用的大面积微波阵列中得到广泛应用。
以前生产柔性微波放大器的尝试使用的是基于刚性半导体的集成电路，该集成电路被减薄并移至柔性基板上，这是一种成本过高的方法。
在新的放大器中，Ma及其同事开始使用纤维素纳米原纤维纸作为基材。近年来，马云与麦迪逊市美国农业部林产品实验室以及威斯康星州发现研究所的研究人员合作，评估了将该材料用作柔性电子电路基板的可行性。纸张是通过将木纤维分解成纳米级纤丝或纤细的纤丝，然后将它们重组以形成坚固，灵活，透明和可生物降解的薄膜而制成的。
而且，该团队没有使用昂贵的氮化镓（目前性能最高的微波晶体管材料）覆盖整个木质基材，而是仅使用了该化合物的斑点。
马云说：“我们在这里有了新的战略。”马云的工作得到了美国林业与社区基金会的支持。“我们使用一小颗昂贵的物质制成的珠子，即500微米乘500微米，其余的是木材。与氮化镓相比，木材的成本基本上没有。最后的结果是放大器工作得很好。”
柔性电路可以输出超过5 GHz的10毫瓦功率，并且纤维素纳米原纤维基质与微波组分的相容性与聚乙烯基质一样。
但这并不是马云兴奋的唯一方面。由于它主要由木纤维制成，因此整个电路很容易分解或燃烧，基本上没有留下电子废物。马和他的团队在论文中对此进行了演示，用蜡烛将木屑点燃，并在短短几秒钟内只留下少量的灰烬。
该基板不仅用于微波应用，而且还可用于各种柔性电子组件。这可能对环境产生重大影响。
“如果您看自己的房子，可能有很多旧的电子产品，”马云说。“有电视，计算机显示器，电话，都充满了电子电路。您不能对它们做太多事情，并且会产生大量浪费。我们可以用这些类型的电路替换许多现有组件。”
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