Fabrication of a flexible stretchable hydrogel-based antenna using a femtosecond laser for miniaturization

材料科学 小型化 飞秒 光学 光电子学 天线(收音机) 激光器 辐射模式 聚二甲基硅氧烷 制作 纳米技术 电气工程 病理 工程类 物理 替代医学 医学
作者
Pingping Zhao,Tao Chen,Jinhai Si,Hongyu Shi,Xun Hou
出处
期刊:Optics Express [The Optical Society]
卷期号:31 (20): 32704-32704 被引量:2
标识
DOI:10.1364/oe.496360
摘要

We demonstrated a new method of fabricating a stretchable antenna by injecting liquid metal (LM) into a femtosecond-laser-ablated embedded hydrogel microchannel, and realized miniaturization of a stretchable dipole antenna based on hydrogel substrate. Firstly, symmetrical microchannels with two equal and linear branches were formed by a femtosecond laser in the middle of a hydrogel substrate, and then were filled with LM by use of a syringe needle. Using this method, a stretchable LM-dipole antenna with each dimension of 24 mm × 0.6 mm × 0.2 mm separated by a 2-mm gap, was formed in the middle of a 70 mm × 12 mm × 7 mm hydrogel slab. Since the polyacrylamide (PAAm) hydrogel contained ∼ 95 wt % deionized water with a high permittivity of 79 in the 0.5 GHz - 1.5 GHz range, the hydrogel used to prepare the flexible antenna can be considered as distilled water boxes. Experiments and simulations showed that a 5-cm-long LM-dipole embedded in hydrogel resonated at approximately 927.5 MHz with an S11 value of about - 12.6 dB and omnidirectional radiation direction. Benefiting from the high permittivity of the hydrogel, the dipole length was downsized by about half compared with conventional polymer substrates at the same resonant frequency. By varying the applied strain from 0 to 48%, the resonant frequency of the hydrogel/LM dipole antenna can be tuned from 770.3 MHz to 927.0 MHz. This method provides a simple and scalable technique for the design and preparation of LM-pattern microstructures in hydrogels, and has potential applications in hydrogel-based soft electronic device.
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