Том 25, № 4 (2025)

Потребность в гибкой электронике для нужд мониторинга параметров жизнедеятельности человека с помощью носимых устройств дала толчок развитию гибких антенн. Материалы, используемые для создания антенн разнообразны, однако остается потребность в определении оптимальной конструкции, обеспечивающей как долговечность, так и высокую эффективность. В настоящей работе приведены результаты исследований по обоснованию конструкции и технологии изготовления прототипов гибких петлевых рамочных антенн на полиимидной подложке с помощью магнетронного напыления и лазерной абляции. Установлено, что абляция медного слоя затруднена, что приводит к неполной деметаллизации полиимидной подложки и короткому замыканию формируемых антенн. Кроме того, медь подвержена окислению, что приводит к ухудшению параметров гибких антенн со временем. Это послужило причиной добавления дополнительного пассивирующего металлического слоя из никеля или титана поверх слоя меди. Влияние пассивирующего слоя на качество лазерной деметаллизации (абляции) медного тонкопленочного покрытия гибких подложек из полиимида было оценено экспериментально. Пассивирующий слой никеля значительно улучшил качество деметаллизации, в то время как при использовании титана для пассивации наблюдается большое количество остаточного металла в виде застывших микрокапель в деметаллизированных областях. На основе металлизированного полиимида с никелевым пассивирующим слоем изготовлены прототипы петлевых рамочных антенн с частотой резонанса 3.75 ГГц. Результаты экспериментов с готовыми антеннами продемонстрировали значительную чувствительность частоты резонанса к изгибу в диапазоне углов от −60º до +60º, что открывает возможности для использования таких антенн в качестве датчиков микроперемещений. При этом разработанные и реализованные прототипы антенн имеют коэффициент отражения не выше −17 дБ в диапазоне углов изгиба от −100º до +100º, что позволяет использовать их в качестве основы электроимпедансных сенсоров.

На основе компьютерного моделирования предлагается оригинальная жидкокристаллическая конструкция модулятора ТГц излучения, состоящая из стопки расположенных друг за другом одинаковых «классических» π-ячеек. Принцип работы модулятора основан на явлении многоволновой интерференции, которая управляется электрическим полем. Матричным методом исследованы характеристики предлагаемого устройства – зависимости пропускания устройства от управляющего напряжения, контрастного отношения, величины пропускания модулятора при подаче на него максимального управляющего напряжения. Показано, что контрастное отношение модулятора падает с ростом длины волны модулируемого излучения, а пропускание модулятора в состоянии с максимальным значением управляющего напряжения такой зависимости не проявляет. Обнаружено, что десятичный логарифм контрастного отношения модулятора линейно зависит от числа элементарных π-ячеек, входящих в его конструкцию. Коэффициент наклона этой линейной функции убывает с ростом длины волны модулируемого излучения. Показано, что описанная конструкция жидкокристаллического модулятора ТГц излучения критична к технологическому разбросу в толщины элементарной жидкокристаллической ячейки. Однако величина этого разброса укладывается в простую технологию изготовления элементарных π-ячеек и не требует улучшения.

Динамическая инфракрасная термография является перспективным методом для визуализации физиологических процессов, не только микрогемодинамики, но и активности эккриновых потовых желез. Нарушение активности потовых желез в исследуемых зонах может свидетельствовать, прежде всего, о повреждении холинергических нервных волокон. Цель: разработка нового подхода к анализу динамических термограмм, основанного на разделении исходного температурного сигнала на две независимых компоненты: вазомоторный (микрогемодинамика) и судомоторный (активность потовых желез), и применение данного подхода для выявления нейропатии в группе пациентов с сахарным диабетом 2-го типа. Материалы и методы: Запись динамических термограмм проводилась с помощью охлаждаемой камеры с температурной чувствительностью 0.02°С в процессе выполнения дыхательной пробы, заключающейся в трех резких вдохах с интервалом 2 мин. Термограммы регистрировались у 11 здоровых испытуемых и 11 пациентов с сахарным диабетом 2-го типа, средний возраст участников групп 58 ± 7 лет. Точки термограммы разделялись на два класса: в первом классе динамика температуры обусловлена влиянием только микрогемодинамики, во втором – совокупным влиянием микрогемодинамики и активности потовых желез. Для классификации точек термограммы использовались значения модуля производной температурных колебаний с порогом более 0.03°С/с. Визуализация областей активных потовых желез проводилась посредством интегрирования информации, полученной за всё время эксперимента. Результаты: Использование полученных интегрированных карт позволило определить относительную площадь, занимаемую активными потовыми железами в группе пациентов с сахарным диабетом 2-го типа 5.25% и в группе здоровых испытуемых – 22.25%. Результаты свидетельствуют о статистически значимом уменьшении площади активных потовых желез в группе пациентов с сахарным диабетом по сравнению с группой нормы, что может являться признаком нарушения холинергической симпатической иннервации и наличия диабетической нейропатии верхних конечностей. Таким образом, интегрированная карта функционирующих потовых желез дает возможность клиническому специалисту определять площадь поверхности тела с нарушенной автономной функцией в области конечностей, в частности, оценивать степень выраженности периферической нейропатии у пациентов с сахарным диабетом 2-го типа. 

На сегодняшний день проводящие полимеры являются одной из самых динамично развивающихся областей материаловедения, объединяя химию, физику и нанотехнологии. Проводящие полимеры особенно востребованы в области гибкой электроники, энергетики и биомедицины. В связи с этим резко возрос интерес к полимерным нанокомпозитам на основе углеродных нанотрубок благодаря их уникальному сочетанию свойств, недостижимому для традиционных полимеров. Новые материалы смогут сочетать в себе высокую проводимость с лёгкостью и биосовместимостью, открывая новые возможности к инновационным технологиям. В данной работе в качестве основных объектов выбран известный полимер поливинилпирролидон и углеродные нанотрубки. Проведено теоретическое исследование возможности создания стабильного комплекса «Полимер-Углеродные нанотрубки» с использованием квантово-химического расчетного метода теории функционала плотности. Исследовано влияние слойности углеродных нанотрубок на адсорбционное взаимодействие комплекса, состоящего из фрагмента полимера поливинилпирролидон и молекулярного кластера углеродной нанотрубки. Для этого использованы одно- и двуслойные углеродные нанотрубки. Анализ карт электростатических потенциалов и зарядовых распределений в рассмотренных системах позволил объяснить механизм взаимодействия компонентов полимерных композитов для выбранного полимера и нанотрубок. Далее проведен анализ электронно-энергетического строения полученных полимерных нанокомпозитов. На основании полученных данных сделан вывод о проводящих свойствах полученного комплекса.