應用|超疏水黑科技：5G天線罩防水革命，接觸角測量儀精準護航

　　第五代移動通信技術（5G）憑借其高數據速率、低時延和多路徑數據傳輸等顯著優勢，已成為推動社會數字化、網絡化與智能化轉型的關鍵基礎設施。截至2024年底，中國已建成約350萬個5G基站，彰顯了其在全球5G領域的領先地位。作為5G基站的核心組件，5G天線罩在保護天線系統免受復雜室外環境干擾、提升信號精度與可靠性以及延長設備使用壽命等方面發揮著重要作用。然而，降雨期間，雨滴或天線罩表面形成的水膜會顯著干擾5G信號傳輸。由于水在25℃時介電常數高達約80，其吸收和反射電磁波的特性導致5G信號嚴重衰減。這一問題不僅存在于5G基站，也是氣象雷達和軍用雷達等天線罩面臨的共同挑戰。

　　仿生超疏水涂層因其高水接觸角（CA > 150°）和低滑動角（SA < 10°）的特性，在抗液體粘附、抑制液體擴散及自清潔等領域展現出廣闊的應用前景。因此，超疏水涂層被視為解決天線罩雨水衰減問題的潛在方案。然而，天線罩長期暴露于復雜的室外環境中，需承受雨滴沖擊、沙塵侵蝕、紫外線輻射、腐蝕性介質、極端溫度變化、結冰融化以及降雪等多種嚴苛條件。因此，理想的5G/氣象天線罩防雨衰減超疏水涂層需具備卓越的抗穿刺性、機械強度和耐候性。然而，這些關鍵性能的實現極具挑戰性，成為制約超疏水涂層實際應用的瓶頸。

　　為了提高動態超疏水性，通過相分離形成聚烯烴粘合劑（POA）微球，然后用合成的全氟癸基聚硅氧烷改性二氧化硅包裹微球，設計了一種懸浮液(fluoroPOS@silica)納米顆粒通過它們之間的粘附，避免了嵌入fluoroPOS@silicaPOA中的納米顆粒，因此保持低表面能；形成POA/fluoroPOS@silica具有核/殼結構，即兩層分層微/納米結構。此外，在噴涂過程中，非溶劑（乙醇）的蒸發速度比溶劑（乙酸丁酯）快，POA微球部分溶解并相互連接，導致POA微球聚集。因此，POA/fluoroPOS@silica涂層具有三層分級的微/微/納米結構。

圖1.POA的靜態和動態超疏水性/fluoroPOS@silica涂層。POA的照片/fluoroPOS@silica涂層（a）有水滴（CA~165.1°），（b）在水中，（c）有水滴的沖擊/反彈。（d）高壓水噴射試驗和（e）模擬降雨試驗期間涂層CA和SA的變化。插圖顯示了測試過程。（d）和（e）中的數據顯示為平均值±標準差，n=5

圖2.POA的機械堅固性/fluoroPOS@silica涂層。POA中CA和SA的變化/fluoroPOS@silica在（a）往復磨損、（b）泰伯磨損和（c）膠帶剝離試驗期間進行涂層。

　　POA/fluoroPOS@silica根據往復砂紙磨損試驗（2.3kPa載荷，1000目）、泰伯磨損試驗（125g載荷，CS 10砂輪，ASTM D4060）和膠帶剝離試驗（2.3kV載荷，3M膠帶，ASTM D3359），涂層具有優異的機械堅固性。在往復磨損試驗中，最初的超疏水性在前50次循環中保持不變，然后略有下降。即使在300次循環（120米）后，涂層仍表現出良好的超疏水性（CA=159.9°，SA=7.5°）。在泰伯磨損試驗中，涂層在前40次循環中保持了原始的超疏水性，在50次循環后仍表現出良好的超疏水性能（CA=161.0°，SA=4.8°）。在膠帶剝離試驗中，涂層在前25次循環中保持了原始的超疏水性，然后在隨后的50次循環中逐漸下降到156.7°的CA和9.8°的SA。

　　為應對這些挑戰，研究人員致力于開發兼具高耐久性和多功能性的超疏水涂層材料。通過引入納米結構增強涂層的機械強度，或采用自修復材料提升其耐候性。此外，結合智能傳感技術，實時監測涂層性能變化，也為延長其使用壽命提供了新思路。未來，隨著材料科學與工程技術的不斷進步，超疏水涂層有望在5G通信、氣象監測及軍事領域發揮更大作用，為天線罩的長期穩定運行提供可靠保障。

DSA-X Plus專家型接觸角測量儀

由貝拓科學自主研發設計生產的光學接觸角測量儀，內置五種分析算法，涵蓋全角度范圍測量，其中YoungLaplace擬合方法為貝拓獨家，針對120°以上角度具有更為精準的測分析方法，尤其在150°甚至160°以上角度擬合效果更佳。

　　參考文獻[1]來源：Wei, J., Zhang, J., Cao, X. et al. Durable superhydrophobic coatings for prevention of rain attenuation of 5G/weather radomes. Nat Commun 14, 2862(2023). cc