液态金属的电驱动及其可重构天线辐射性能

发布时间：2020-03-25 08:42

【摘要】：可重构技术对于未来无线传感和通信发展至关重要。目前的可重构技术只能实现有限数量的重新配置状态,并且受到固有的限制。镓基液态金属,因其室温下良好的流动性和导电性和安全无毒的特征,受到可重构电子器件领域的关注。在现有的应用中,多采用气动控制驱动液态金属,需要一个庞大的微型泵。因此,本文采用了仅适用电势即能驱动液态金属的方法,并将这种方法应用于天线中进行验证。本文以Ga_(68.5)In_(21.5)Sn_(10)为研究对象,系统地研究了液态金属的连续电润湿和电化学控制毛细现象,通过控制变量法,研究了电压对液态金属连续电润湿变形的影响,并研究了电压大小、电解质浓度、通道宽度、电极间距、液滴质量对电化学控制液滴的变形行为。更为细致地阐释了两种电驱动的机理。并利用电化学控制毛细现象这种方法,设计了液态金属可重构对称振子天线,研究了天线的辐射性能。用高速摄像机采集、Image J软件分析无通道内液滴变形时的面积变化,得出液态金属在无约束通道中可通过去除(或沉积)氧化膜使得面积变小(或变大)。用高分辨率相机采集其他实验的视频和图像,通过分析液滴的运动速度,位移等运动参量的变化情况,可得连续电润湿下,液滴运动速率与电压在一定范围内呈正相关,液滴主要发生位移变化,但是自身长度变化不大。液滴位于通道一侧储液槽进行电化学控制时,直流偏置电压可诱导液滴进入连接的微尺度通道,进而形成长度变化。液滴变形速度与电压大小、电解质浓度大小成正比。在大尺度范围内,液滴变形速度与通道宽度成反比,通道宽度≤1mm时,呈现相反的趋势。总体来看,液滴变形速度与电极间距、液滴质量成反比,但是质量为0.75g的液滴变形速度最慢。最终确定在液滴质量0.75g、电压7V、电解质浓度1mol/L、1mm宽通道内设计天线较为合适,而电极间距需要根据设计频率选择。针对连续电润湿和电化学控制毛细现象两种驱动液态金属的方式的特点,分析了其在天线领域应用的可行性及适用范围。将液态金属的单通道毛细调节发展为双方向控制,能够在两个相反的方向独立调节液体金属表面张力,实现了天线长度的协同变化。利用这部分电驱动结构改进为一款对称振子天线系统。利用矢量网络分析仪测试了天线的频率性能,得到电驱动液态金属天线在设定的几个不同长度时的工作频率、带宽、相对带宽、谐振频率等各项参数,发现工作频率与天线长度呈反比关系。分析出了共振频率与天线长度的具体关系式。带宽在1%~25%之间,符合设计要求。实现了1.60~2.51GHz的频率可重构。这种液态金属的多方位控制创造了更加灵活的结构拓扑,对之后具有复杂结构的可重构器件设计具有指导意义。本文最后对电驱动液态金属天线的发展前景和局限性进行了展望。
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生物医疗,电导率,过冷度,熔点

目前被广泛用于各个领域[8]，如图1-1 所示散热[5]、生物医疗[9]、柔性电子[10]、3D 打印[11]等。这主要得益于其独特的性质：①熔点通常很低，并且存在一定的过冷度[12]，常温下保持液体状态；②电导率较高，虽然比铜的电导率低一个数量级，但是远高于其他能够导电的液体等，因此适合用作电子领域；③作为一种金属，，粘度较低，仅

光谱图,氧化膜,俄歇,光谱

EGaIn氧化膜的俄歇光谱
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG111.4;TN820

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