科研進(jìn)展
蘭州化物所超疏液防雨衰涂層研究獲新進(jìn)展
5G技術(shù)是我國(guó)重大戰(zhàn)略布局。目前，中國(guó)已建成全球最大5G網(wǎng)絡(luò)，需大量5G基站支撐。5G天線(xiàn)罩是5G基站的重要組成部分（圖1a），用來(lái)保護(hù)天線(xiàn)系統(tǒng)免受外界復(fù)雜環(huán)境干擾，提高天線(xiàn)精度和使用壽命。5G信號(hào)目前采用<6 GHz頻段，未來(lái)將使用30-300 GHz毫米波（圖1b）。因此，5G信號(hào)易受外部干擾，尤其是“雨衰效應(yīng)”。降雨時(shí)，雨水會(huì)在5G天線(xiàn)罩表面形成水滴或水膜。由于介電常數(shù)很高（~80，25℃），水會(huì)吸收、反射大量電磁波，導(dǎo)致5G信號(hào)嚴(yán)重衰減。
圖1. (a) 5G基站和 (b) 5G毫米波頻段
仿生超疏液涂層（超疏水、超雙疏涂層）具有液滴接觸角高（>150°）、滾動(dòng)角低（<10°）等特點(diǎn)，液滴易從表面滾落，在自清潔表面、抗液體粘附、防液體鋪展等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，非常有望用于5G天線(xiàn)罩表面，解決其“雨衰效應(yīng)”。然而，采用超疏液涂層解決5G天線(xiàn)罩“雨衰效應(yīng)”尚需突破降雨易導(dǎo)致超疏液性能下降、超疏液涂層耐候性不足的技術(shù)瓶頸。
中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所環(huán)境材料與生態(tài)化學(xué)研發(fā)中心硅基功能材料組長(zhǎng)期從事超疏液涂層研究，致力于突破超疏液涂層的關(guān)鍵共性技術(shù)瓶頸，解決實(shí)際應(yīng)用中的科學(xué)問(wèn)題，推進(jìn)超疏液涂層工程化應(yīng)用，包括5G天線(xiàn)罩/雷達(dá)罩防雨衰、高壓輸電線(xiàn)路防結(jié)冰、抗危化液體粘附、電子產(chǎn)品防水防油膜及家電自清潔涂層等領(lǐng)域。目前，該團(tuán)隊(duì)已發(fā)表相關(guān)論文100余篇（其中封面文章14篇），獲系列授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。
圖2. 兼具優(yōu)異耐壓性、機(jī)械穩(wěn)定性和耐候性的超疏液涂層的設(shè)計(jì)思路
近日，該課題組與山東鑫納超疏新材料有限公司合作，研發(fā)了兼具優(yōu)異耐壓性、機(jī)械穩(wěn)定性和耐候性的5G天線(xiàn)罩/雷達(dá)罩超疏液防雨衰涂層，能避免雨滴在5G天線(xiàn)罩/雷達(dá)罩表面粘附，有效解決了其“雨衰效應(yīng)”，實(shí)現(xiàn)了該涂層在全國(guó)多地5G天線(xiàn)罩/雷達(dá)罩上的實(shí)際應(yīng)用。在研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；瘧?yīng)用的基礎(chǔ)上，獲多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)，雙方近3年相關(guān)成果發(fā)表在Nature Communication上（圖2-3）。經(jīng)過(guò)3年，系列產(chǎn)品已經(jīng)過(guò)多輪迭代，涂層性能已取得大幅提升，預(yù)期將在更多領(lǐng)域獲實(shí)際應(yīng)用。
圖3. 超疏液涂層的防雨衰性能和工程化應(yīng)用
蘭州理工大學(xué)聯(lián)培博士生魏晉飛為該論文第一作者，蘭州化物所張俊平研究員為通訊作者。
該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、蘭州化物所“十四五”規(guī)劃、蘭州化物所和山東鑫納超疏共建的納米自潔材料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室等的支持。
