可穿戴设备、功能性面料、物联网等下一代技术似乎已经触手可及，然而无线连接技术（即天线）与复杂形状和柔性材料之间的无缝集成问题却推迟了它们的到来。
正在喷涂的2D天线 图片来源：德雷塞尔大学
德雷塞尔大学工程学院研究人员的突破性进展使得安装天线如同使用杀虫剂一样轻松。在《Science Advance》的一篇论文中，研究人员制造出一种隐形超薄天线——MXene。这种天线由2D金属材料制造成，并且和普通天线一样可用于移动设备、无线路由以及便携式传感器中。
电气和计算机工程教授、德雷塞尔大学无线系统实验室负责人Kapil Dandekar同时也是该论文的共同作者。他指出：“该技术具有很大的潜力，是一项令人激动的新发现。将天线喷涂在柔性基底上或者使其光学透明意味着我们可以将无线网络布置到更广的区域。新应用以及采集数据的新方法，甚至是我们目前无法想象的。”
来自材料科学与工程学院的研究人员报告说，这种碳化钛材料（MXene）可以溶解在水中形成油墨。即使变成很薄的涂层，它的优异导电性也使其能够传输和引导无线电波。
“我们发现即使是厚度仅为几十纳米的透明天线也能够进行有效地通信”，德雷克塞尔大学纳米材料研究所和材料科学与工程系的博士研究生Asia Sarycheva说：“将厚度增加到8μm后，MXene天线的性能达到了预测最大值的98％。”
保证传输质量的同时保持这种超薄的形态也是十分有意义的，因为这使得天线能轻易地嵌入（或喷涂）在各种物体和表面上，而不增加额外的重量或电路，也不需要一定程度的刚性。
“这项技术可以真正实现天线与日常物品的无缝集成，这对新兴的物联网至关重要”，Dandekar说。“研究人员在非传统材料方面做了很大的努力，他们试图开发出满足系统需求的制造技术，这项技术可以让我们更容易解决多年来一直困扰我们的难题”。
喷涂天线的初步测试表明，它们的质量与当前天线大致相同。常规天线由熟悉的金属制成，如金、银、铜和铝等，但比MXene天线厚得多。使天线更小、更轻是材料科学家和电气工程师长期以来的目标，因此这一发现在减少天线占地面积和扩大应用方面都是一个相当大的进步。
材料科学与工程学院教授、德雷塞尔纳米材料研究所主任、该项目的发起者与领导者 Yury Gogotsi 表示：“尽管为了提升金属天线的性能，科学家们进行了几十年的研发。然而，现有的金属制造方法，无法使天线变得足够薄以应用于任何表面。我们一直在寻找厚度为人类头发丝成百千分之一的二维纳米材料，只有几个原子的厚度，并可自组装到任何导电薄膜的表面。因此，我们把这种2D碳化钛材料（MXene） 作为超薄天线的一种候选材料。它具有金属的导电性，但比金属强度更高。”
德雷塞尔大学的研究人员在2011年发现了MXene系列材料，并开始尝试了解它们的特性，考虑它们的可能应用。这种通过湿化学处理制成的分层二维材料已经显示出在储能装置、电磁屏蔽、水过滤、化学感应、结构增强和气体分离等领域的潜力。
MXene材料已经可以媲美非常有前景的二维材料（如石墨烯），石墨烯在2010年获得了诺贝尔物理学奖，并且曾作为印刷天线的材料进行了开发。在该论文中，研究人员将喷涂天线与其他纳米材料（包括石墨烯，银系油墨和碳纳米管）制成的各种天线对比。在保持无线电波传输质量方面，MXene天线的表现比石墨烯天线好50倍，比银墨天线好300倍。
“MXene天线不仅胜过各种宏观或微观的金属天线，而且超越了其他可用的纳米材料天线，同时将厚度降到最低”，德雷塞尔纳米材料研究所的助理教授Babak Anasori说。“最薄的天线只有62纳米，不足一张纸厚度的千分之一，而且几乎是透明的。不同于其他需要添加粘合剂和额外加热步骤来将纳米颗粒烧结到一起的纳米材料制造方法，我们用喷枪喷涂水性MXene墨水，直接制成天线。”
研究小组最初测试了天线油墨在粗糙基底（纤维素纸）和光滑基底（聚对苯二甲酸乙二醇酯纸）上的喷涂效果。下一步，他们将继续寻找最佳的方案将它应用到各种表面上，从玻璃到纱线再到皮肤。
Anasori 博士还表示：“ 在无线通信领域，采用 MXene 系列材料进行更进一步的研究，将带来完全透明的电子器件，并极大地提升可穿戴设备的性能，这些设备将有利于我们生活在积极的生活方式中。”
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