Kirigami revolutioniert unter anderem Antennen für Mobilfunk im Mikrowellenbereich

Physik, Chemie, Technik

(pte) – Forscher der Drexel University und der University of British Columbia nutzen zur Entwicklung moderner Hochleistungsantennen die alte japanische Kunst des Schneidens und Faltens von Papier, Kirigami. Ziel hierbei ist die Herstellung komplizierter 3D-Designs als Vorlage für beispielsweise neue Mobilfunkantennen.

MXene-Tinte auf Zellulose-Azetat

Die Experten haben bereits demonstriert, wie aus einem Blatt Zellulose-Azetat – also einer durchsichtigen Folie, die mit einer leitfähigen Tinte auf MXene-Basis versehen ist – mit Kirigami-Technik eine flexible 3D-Antenne für Mikrowellen entsteht. Deren Übertragungsfrequenz lässt sich einfach durch Ziehen oder Zusammendrücken an die jeweilige Aufgabe anpassen.

„Damit die drahtlose Technologie Fortschritte in Bereichen wie der Softrobotik sowie der Luft- und Raumfahrt ermöglicht, müssen Antennen für eine abstimmbare Leistung und eine einfache Herstellung ausgelegt sein. Kirigami ist ein natürliches Modell für einen Fertigungsprozess, da sich komplexe 3D-Formen aus einem einzigen 2D-Materialstück einfach erstellen lassen“, so Yury Gogotsi von der Drexel-Ingenieurschule.

Mikrowellenantennen können bisher elektronisch oder durch Änderung ihrer Form neu konfiguriert werden. Das Hinzufügen der erforderlichen Schaltkreise zur elektronischen Steuerung einer Antenne erhöht jedoch ihre Komplexität. Die Antenne wird sperriger, anfälliger für Fehlfunktionen und teurer in der Herstellung. Die Kirigami-MXene-Technik überwindet diese Nachteile, heißt es.

Breites Anwendungsfeld für MXene

MXene sind eine Familie von 2D-Nanomaterialien, die Drexel-Forscher bereits 2011 entdeckt haben. Ihre physikalischen und elektrochemischen Eigenschaften lassen sich durch geringfügige Änderung ihrer chemischen Zusammensetzung an die jeweiligen Aufgaben anpassen.

MXene wurden in den vergangenen zehn Jahren häufig für Anwendungen eingesetzt, die Materialien mit präzisem physikalisch-chemischem Verhalten erfordern, wie elektromagnetische Abschirmung, Biofiltration, Energiespeicherung und der Telekommunikation. Die Kirigami-Antennen erwiesen sich als wirksam bei der Übertragung von Signalen in drei oft genutzten Mikrowellenfrequenzbändern: zwei bis vier, vier bis acht und acht bis zwölf Gigahertz, die auch für den Mobilfunk genutzt werden.