以纺织物为基底的直接打印可穿着柔性微带天线的研究

【摘要】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。
【作者】李冰；
【导师】王际平；
【作者基本信息】浙江理工大学，纺织化学与染整工程，2014，硕士
【关键词】纺织微带天线；润湿性能；导电织物；铜沉积；镀铜层；

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