UBC奥肯纳根研究人员创造了新的化合物来改变太空卫星通信的方式

南极熊导读：聚合物增材制造虽然具有成本和重量相关的优势，但这种材料通常无法满足某些性能要求，如高导电性。在航空航天技术中，特别是在现代通信系统中，高导电性是不可或缺的，这限制了聚合物增材制造在某些应用领域的使用。

△MXene涂层聚合物组件可以替代金属3D打印部件，大大降低太空以及各种地面应用的重量和成本

2024年3月4日，南极熊获悉，UBC奥肯那根（Okanagan）工程学院的研究人员与德雷克塞尔大学合作，开发了一种轻质复合材料。通过将一种称为MXenes的二维化合物与聚合物相结合，可以用作金属对应物的替代品，并且可以极大地改进通信技术，包括天线、波导和滤波器等元件。

△通信示意图

导电聚合物替代金属部件

UBC奥肯那根微电子和千兆赫应用（OMEGA）实验室的研究员Mohammad Zarifi博士表示，波导无处不在，但大多数人并不知道它们是什么。波导是帮助在通信设备和微波炉等消费电器中引导声波和光波的结构或管道。波导的尺寸各不相同，但通常它们都是由具有导电特性的金属制成。

为此，Zarifi博士和他的OMEGA团队开发了一种为聚合物导电的办法，这些组件具有与金属兼容的性能，但重量轻10至20倍，成本更低且易于制造。

△该研究已发表在最新一期的《今日材料》杂志上，题目为“MXene引导微波穿过3D聚合物结构”（传送门）

工程学院副教授Zarifi博士解释说：“在不断发展的技术领域，波导是我们日常使用的设备的基础，但它正在经历一场变革。传统上，从熟悉的微波炉嗡嗡声到卫星通信的广泛覆盖范围，这些组成部分传统上都是由银、黄铜和铜等金属制成的。”

费城德雷塞尔大学AJ Drexel纳米材料研究所所长Yury Gogotsi博士解释说，MXene是一个新兴的二维材料家族，其中碳化钛MXene在导电性方面处于领先地位。

Gogotsi博士说：“把MXenes想象成纳米薄的导电薄片，它可以像粘土一样分散在水中。在空气中干燥后，它可以使聚合物表面导电。它就像室温下的金属化，无需熔化或蒸发金属，无需真空或温度。”

△Omid Niksan博士拥有3D打印MXene涂层组件的原型，该组件可用作天线、波导和滤波器中金属组件的替代品

将MXene集成到3D打印的尼龙部件上，可以使通道状结构更有效地将微波引导至频段。UBCO工程学院博士生、该文章的第一作者Omid Niksan解释说，轻质增材制造组件的这种能力，可能会影响航空航天和卫星行业电子通信设备的设计和制造。

他补充道:“无论是在天基通信设备还是MRI机器等医学成像设备中，这些轻质MXene涂层聚合物结构都有可能取代传统的制造方法，例如用于创建通道结构的金属加工方法。”

研究人员拥有基于聚合物的MXene涂层通信组件的临时专利。Zarifi博士指出：“虽然还需要进行更多研究，但我们对这种创新材料的潜力感到兴奋。我们的目标是探索和开发3D打印天线和通信设备在太空中的可能性。通过减少航天飞机运输车的有效载荷，它为工程师提供了更多选择。”

该研究是与德雷塞尔大学AJ德雷塞尔纳米材料研究所的科学家合作进行的，并得到了国防部、自然科学与工程研究委员会和美国国家科学基金会的支持。