兰州化物所等研发超疏液涂层解决5G天线罩“雨衰效应”

5G技术是我国重大战略布局。目前，中国已建成全球最大5G网络，需大量5G基站支撑。5G天线罩是5G基站的重要组成部分（图1a），用来保护天线系统免受外界复杂环境干扰，提高天线精度和使用寿命。5G信号目前采用<6 GHz频段，未来将使用30-300 GHz毫米波（图1b）。因此，5G信号易受外部干扰，尤其是“雨衰效应”。降雨时，雨水会在5G天线罩表面形成水滴或水膜。由于介电常数很高（~80，25℃），水会吸收、反射大量电磁波，导致5G信号严重衰减。

图1. (a) 5G基站和 (b) 5G毫米波频段

仿生超疏液涂层（超疏水、超双疏涂层）具有液滴接触角高（>150°）、滚动角低（<10°）等特点，液滴易从表面滚落，在自清洁表面、抗液体粘附、防液体铺展等领域具有广阔应用前景，非常有望用于5G天线罩表面，解决其“雨衰效应”。然而，采用超疏液涂层解决5G天线罩“雨衰效应”尚需突破降雨易导致超疏液性能下降、超疏液涂层耐候性不足的技术瓶颈。

中国科学院兰州化学物理研究所环境材料与生态化学研发中心硅基功能材料组长期从事超疏液涂层研究，致力于突破超疏液涂层的关键共性技术瓶颈，解决实际应用中的科学问题，推进超疏液涂层工程化应用，包括5G天线罩/雷达罩防雨衰、高压输电线路防结冰、抗危化液体粘附、电子产品防水防油膜及家电自清洁涂层等领域。目前，该团队已发表相关论文100余篇（其中封面文章14篇），获系列授权国家发明专利。

图2. 兼具优异耐压性、机械稳定性和耐候性的超疏液涂层的设计思路

近日，该课题组与山东鑫纳超疏新材料有限公司合作，研发了兼具优异耐压性、机械稳定性和耐候性的5G天线罩/雷达罩超疏液防雨衰涂层，能避免雨滴在5G天线罩/雷达罩表面粘附，有效解决了其“雨衰效应”，实现了该涂层在全国多地5G天线罩/雷达罩上的实际应用。在研发、产业化和规模化应用的基础上，获多项国家发明专利授权，双方近3年相关成果发表在Nature Communication上（图2-3）。经过3年，系列产品已经过多轮迭代，涂层性能已取得大幅提升，预期将在更多领域获实际应用。

图3. 超疏液涂层的防雨衰性能和工程化应用

兰州理工大学联培博士生魏晋飞为该论文第一作者，兰州化物所张俊平研究员为通讯作者。

该工作得到了国家自然科学基金、兰州化物所“十四五”规划、兰州化物所和山东鑫纳超疏共建的纳米自洁材料联合实验室等的支持。