通过单纤维屈曲编织技术实现的应变不变伪等离子体超材料

《npj Flexible Electronics》：Strain-invariant spoof plasmonic metafabric enabled by single-fiber buckling embroidery

　　

摘要

集成在纺织基底中的射频互连技术对于实现连续体表监测和实时个性化干预中的高吞吐量数据传输至关重要。然而，现有的印刷电子架构存在机械刚性和性能不稳定的问题，这降低了其在人体运动所导致的复杂变形条件下的可靠性。本文介绍了一种单纤维屈曲刺绣超材料（SBEM），该材料能够在微波频率下支持伪表面等离子体极化子的传播。通过借鉴剪纸技术中的拓扑变换原理，并利用单根导电纤维的周期性屈曲特性，这种刺绣超材料在保持高度压缩表面模式的同时，具备了出色的机械柔韧性。与传统印刷电子纺织品相比，SBEM在较大变形条件下表现出更强的机械韧性和电磁（EM）稳定性，从而确保了无线体表传感网络中的可靠信号传输。此外，为了在机械拉伸过程中保持稳定的电磁性能，研究人员对超材料单元格的几何参数进行了优化设计，以维持信号传输的稳定工作频段。在经过1000次拉伸-释放循环（应变率为10%）后，SBEM仍能保留90.3%的传输功率；即使在180°扭转或40毫米半径弯曲的情况下，其传输功率仍分别保持在80.5%和88.1%。我们进一步验证了SBEM在水下射频传感领域的应用潜力。这项工作为下一代无线体表传感和可穿戴弹性电子器件提供了一种具有机械可重构性和电磁稳定性的伪表面等离子体极化子超材料平台。