仿生超疏液涂層可解決5G天線罩“雨衰效應”

記者從中國科學院蘭州化學物理研究所獲悉，該所環境材料與生態化學研究發展中心硅基功能材料組與山東鑫納超疏新材料有限公司合作，研發出了兼具優異耐壓性、機械穩定性和耐候性的5G天線罩、雷達罩超疏液防雨衰涂層，能有效解決5G信號在降雨時的“雨衰效應”。相關研究論文近日發表于《自然·通訊》。

5G天線罩是5G基站的重要組成部分，用來保護天線系統免受外界復雜環境干擾，提高天線精度和使用壽命。但是，雨水會在5G天線罩表面形成水滴或水膜產生“雨衰效應”，即水的介電常數很高，會吸收、反射大量電磁波，導致5G信號嚴重衰減。

“避免雨水在5G天線罩表面形成水滴或水膜是解決‘雨衰效應’的關鍵。”中國科學院蘭州化學物理研究所環境材料與生態化學研究發展中心副主任、研究員張俊平介紹，仿生超疏液涂層（超疏水、超雙疏涂層）具有液滴接觸角高（大于150°）、滾動角低（小于10°）等特點，液滴易從表面滾落，在自清潔表面、抗液體黏附、防液體鋪展等領域具有廣闊的應用前景，有望用于5G天線罩表面，解決其“雨衰效應”。然而，采用仿生超疏液涂層解決5G天線罩“雨衰效應”尚需突破涂層不能同時具有優異的耐壓性、機械穩定性及耐候性的技術瓶頸。

張俊平團隊與山東鑫納超疏新材料有限公司合作，研發了一種兼具優異耐壓性、機械穩定性和耐候性的5G天線罩、雷達罩超疏液防雨衰涂層，該涂層能夠避免雨滴在5G天線罩、雷達罩表面黏附，有效解決了其“雨衰效應”，并在全國多地5G天線罩、雷達罩上進行了實際應用。

張俊平介紹，黏結劑的引入雖然能夠提升涂層的機械穩定性，但也同時將低表面能納米粒子包埋，導致涂層具有較高的表面能，進而使得涂層的超疏水性和耐壓性較差。通過調研大量文獻，并結合此前的研究經驗，該團隊對涂層進行了系統設計，成功制得兼具優異耐壓性、機械穩定性和耐候性的仿生超疏液涂層。

“首先，涂層的三級微/微/納米結構以及致密的納米結構，使其具有優異的耐壓性。其次，涂層的近似各向同性結構及黏結劑的黏結作用，使其具有優異的機械穩定性。同時，我們選用具有化學惰性的原材料制備涂層，使其具有優異的耐候性。”張俊平說。

此外，5G天線罩、雷達罩基材大多為ABS塑料。“這類基材具有較低的表面能，導致涂層與基材的黏結強度較弱。”張俊平說，團隊通過對黏結劑的種類進行優化，篩選出與ABS等基材具有優異黏結強度的黏結劑來制備涂層，成功克服了涂層與ABS等基材黏結強度弱的缺陷。

經過3年的研發、產業化和規模化應用，該涂層性能已取得大幅提升。張俊平告訴記者，未來，團隊將探索更多仿生超疏液涂層的潛在應用領域，實現其在高壓輸電線路、橋梁、隧道防結冰，5G天線罩、雷達罩防雨衰，抗危化液體黏附，電子產品防水防油膜，自清潔市政工程等方面的工程化應用。