(12) Oversettelse av europeisk patentskrift

Transkript

1 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP B1 (19) NO NORGE (51) Int Cl. H01B 1/24 ( ) H01Q 1/38 ( ) Patentstyret (21) Oversettelse publisert (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet (86) Europeisk søknadsnr (86) Europeisk innleveringsdag (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato (30) Prioritet , US, P (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR (73) Innehaver University Of Houston, 316 East Cullen, Houston, TX 77204, USA (72) Oppfinner CURRAN, Seamus, 2415 Alberton Ln, PearlandTX 77584, USA TALLA, Jamal, Al-al-Bayt UniversityPhysics DepartmentP.O. Box , Mafraq 25113, Jordan DIAS, Sampath, 7950 Bellfort StreetApt. 268, Houston, TX 77061, USA (74) Fullmektig Bryn Aarflot AS, Postboks 449 Sentrum, 0104 OSLO, Norge (54) Benevnelse ANTENNER BASERT PÅ EN LEDENDE POLYMERKOMPOSITT OG METODER FOR FRAMSTILLING AV DISSE (56) Anførte publikasjoner JP-A US-A US-A US-A US-B A.L. HIGGINBOTHAM, J.J. STEPHENSON, R.J. SMITH, D.S. KILLIPS, L.C. KEMPEL, J.M. TOUR: "Tunable Permittivity of Polymer Composites through Incremental Blending of Raw and Functionalized Single-Wall Carbon Nanotubes" J. PHYS. CHEM. C, vol. 111, 19 May 2007 ( ), pages , XP

2 EP B1 ANTENNER BASERT PÅ EN LEDENDE POLYMERKOMPOSITT OG METODER FOR FRAMSTILLING AV DISSE BESKRIVELSE [0001] Denne søknaden krever prioritet fra USA foreløpig patentsøknad ,352, innlevert 3. juni ERKLÆRING VEDRØRENDE FØDDERALT STØTTET FORSKNING [0002] Ikke aktuelt. BAKGRUNN [0003] Antenner utgjør en hjørnestein i moderne trådløs kommunikasjonsteknologi. Antenner er utformet for å motta og sende ut elektromagnetisk stråling og for å fungere som en leder mellom omgivelsene og trådløse enheter. Et grunnleggende krav til konvensjonelle antenner er at de inneholder en elektrisk leder. For eksempel beskriver USpatentsøknad med publikasjonsnummer 2008/ en antenne som har ledere som er dannet av et ledende blekk, fargestoff eller belegg. Av denne grunn har de fleste tradisjonelle antenner vært begrenset til metalliske strukturer. For antenneapplikasjoner der vekt er av betydning, kan metalliske antenner også være problematisk i enkelte tilfeller. [0004] I ulike strukturelle applikasjoner, har polymerer og polymerkompositter blitt brukt som et lett alternativ for metaller. Selv om visse polymerer og polymerkompositter er elektrisk ledende eller kan gjøres elektrisk ledende, har lav konduktivitet generelt begrenset deres bruk som en erstatning for metall i anvendelser som krever elektrisk ledningsevne.

3 - 2 - [0005] På bakgrunn av det foregående, vil ikke-metalliske eller i det minste delvis ikke-metalliske antennestrukturer være av betydelig nytte i en rekke anvendelser hvor metalliske antenner vanligvis anvendes. Foreliggende beskrivelse beskriver antennestrukturer fremstilt fra svært ledende polymerkompositter som benytter ledende karbon-nanorør som et fyllmateriale. Disse antennestrukturene gir en alternativ tilnærming til tradisjonelle antenner som er helt metalliske. Slike ikke-metallisk eller i det minste delvis ikkemetalliske antennestrukturer er fordelaktige ved å ha en lavere vekt enn sammenlignbare metalliske antenner og i å gi betydelig forbedret antenneeffektivitet. SAMMENDRAG [0006] Antenner i ulike utførelser er beskrevet her. Antennene omfatter en ikke-ledende støttestruktur og et ledende komposittlag avsatt på den ikke-ledende støttestrukturen. Den ledende kompositten omfatter flere karbonnanorør og en polymer. Hver av de flere karbonnanorørene er i kontakt med minst ett annet av de flere karbonnanorørene. Det ledende komposittlaget er i stand til å motta i det minste ett elektromagnetisk signal. [0007] Hybridantenner i ulike utførelser er beskrevet her. Hybridantenner inkluderer et metallisk antenneunderstell og et ledende komposittlag-belegg over det metalliske antenneunderstellet. Det ledende komposittlaget omfatter flere karbonnanorør og en polymer. Hver av de flere karbonnanorørene er i kontakt med minst ett annet av de flere karbonnanorørene. Det ledende komposittlaget fungerer som en forsterker for det metalliske antenneunderstellet. [0008] Det er beskrevet radioer inkludert antenner og hybridantenner i forskjellige utførelser. Det er beskrevet mo-

4 - 3 - biltelefoner inkludert antenner og hybridantenner i forskjellige utførelser. Det er beskrevet tråddløse nettverkskort inkludert antenner og hybridantenner i forskjellige utførelser. [0009] I andre forskjellige utførelser er det her beskrevet metoder for å forme en antenne. Metodene omfatter å gi en ikke-ledende støttestruktur og avsett et ledende komposittlag på den ikke-ledende støttestrukturen. Det ledende komposittlaget omfatter flere karbonnanorør og en polymer. Hver av de flere karbonnanorørene er i kontakt med minst ett annet av de flere karbonnanorørene. Det ledende komposittlaget er i stand til å motta i det minste ett elektromagnetisk signal. [0010] I ytterligere andre forskjellige utførelser er det her beskrevet metoder for å framstille en hybridantenne. Metodene inkluderer å gi et metallisk antenneunderstell og avsetting av et ledende komposittlag-belegg på det metalliske antenneunderstellet. Det ledende komposittlaget omfatter flere karbonnanorør og en polymer. Hver av de flere karbonnanorørene er i kontakt med minst ett annet av de flere karbonnanorørene. Det ledende komposittlaget fungerer som en forsterker for det metalliske antenneunderstellet. [0011] I det foregående er det ganske grovt skissert ulike egenskaper til den foreliggende beskrivelsen, slik at den detaljerte beskrivelsen som følger lettere kan bli forstått. Ytterligere egenskaper og fordeler ifølge beskrivelse vil bli beskrevet i det følgende, som grunnlag for kravene. KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE [0012] For en mer fullstendig forståelse av den foreliggende oppfinnelsen, og fordelene ved denne, henvises det nå til de følgende beskrivelser sett i forbindelse med de ved-

5 - 4 - lagte tegningene som beskriver spesifikke utførelser ifølge foreliggende beskrivelse, hvor: [0013] FIGUR 1 viser en illustrerende plotting av ledningsevnen i en karbonnanorør/polykarbonat kompositt som en funksjon av målevinkel; [0014] FIGUR 2A - 2C presenterer illustrerende Ramanspektra av renset MWNTs, urenset MWNTs, en MWNT polykarbonatpolymer-kompositt, og ubehandlet polykarbonatpolymer henholdsvis ved bølgelengdene 488, 514 og 785 nm; [0015] FIGUR 3 presenterer et illustrerende TEM-bilde av MWNTs som brukes i polymerkomposittene før framstilling av polymerkompositten; [0016] FIGUR 4 viser et illustrerende TEM-bilde av MWNTs etter framstilling av polymerkompositten, og viser stram bunting av MWNTs med hverandre og omgitt av polymer; [0017] FIGUR 5 viser et fotografi av en illustrerende ikkemetallisk antenne; og [0018] FIGUR 6 viser et fotografi av en illustrerende ikkemetallisk antenne koblet til en radio. DETALJERT BESKRIVELSE [0019] I den følgende beskrivelsen er visse detaljer framhevet, som bestemte mengder, konsentrasjoner, størrelser osv., for å gi en grundig forståelse av de forskjellige utførelsene som er beskrevet her. Det vil imidlertid være innlysende for fagfolk på området at den foreliggende oppfinnelsen kan praktiseres uten slike spesifikke detaljer. I mange tilfeller er detaljer vedrørende slike betraktninger og lignende utelatt, da slike detaljer ikke er nødvendige for å oppnå en fullstendig forståelse av den foreliggende

6 - 5 - oppfinnelsen og er innenfor ferdighetene til personer med vanlig fagkunnskap i det relevante området. [0020] Med henvisning til tegningene generelt, vil det forstås at illustrasjonene har som formål å beskrive spesielle utførelser ifølge foreliggende beskrivelse, og ikke er ment å være begrensende til denne. Videre er ikke tegningene nødvendigvis i riktig skala. [0021] Mens de fleste av begrepene som brukes her vil være gjenkjennelig for fagfolk med vanlige kunnskaper innen området, skal det forstås at når det ikke er uttrykkelig definert, skal begrepene tolkes som å ha en betydning som i dag er akseptert av fagfolk med vanlige kunnskaper innen området. [0022] Ulike mulige bruksområder for karbonnanorør har blitt foreslått basert på deres overlegne mekaniske og elektriske egenskaper. Mange av disse potensielle bruksområdene er beregnet at karbonnanorørene skal brukes avsatt som en komponent i en polymerkompositt. Man ser for seg illustrerende enheter ved hjelp av karbonnanorør inkludert for eksempel feltemittere, sensorer og ulike optoelektroniske enheter. Spesielt for polymerkompositt-bruksomrpder, er karbonnanorør-fyllmaterialer kjent for å i stor grad forbedre de elektriske, termiske, optiske og ofte de mekaniske egenskapene til polymerkomposittene ved å etablere et perkolativt nettverk over hele polymerverten. Polymerkompositt-bruksområder til karbonnanorør har vanligvis vært fokusert på spredte karbonnanorør for å dra nytte av den mekaniske styrken til individuelle karbonnanorør. På sammme måte har elektrisk ledende karbonnanorør-polymerkompositter vanligvis fokusert på de med spredte karbonnanorør. Imidlertid er dynamikken involvert i elektronisk transport annerledes enn den ved mekaniske anvendelser. Følgelig, som beskrevet her, gir polymerkompositter med tungt aggregerte karbonnanorør store fordeler i å levere forbedret elektrisk

7 - 6 - ledningsevne, sammenlignet med lavkonsentrasjon perkolasjonsterskel polymerkompositter med spredte karbonnanorør. [0023] I alle de forskjellige utførelsene som er beskrevet her, kan karbonnanorør bli framstilt ved enhver kjent teknikk, og kan skaffes i en rekke ulike former, som for eksempel sot, pulver, fibre, bucky-papir og blandinger derav. Karbonnanorørene kan være en hvilken som helst lengde, diameter eller kiralitet, etter som de er fremstilt ved en hvilken som helst av de forskjellige produksjonsmetoder. I noen utførelser har karbonnanorørene diametre i et område mellom omtrent 0,1 nm og ca 100 nm. I noen utførelser har karbonnanorørene lengder i et område mellom omtrent 100 nm og omtrent 1 mm. I noen utførelser er kiraliteten til karbonnanorørene slik at karbonnanorørene er metalliske, halvmetalliske, halvledende eller kombinasjoner derav. Karbonnanorør kan omfatte, men er ikke begrenset til, enkeltvegg karbonnanorør (SWNTs), dobbeltvegg karbonnanorør (DWNTs), multivegg karbonnanorør (MWNTs), forkortede karbonnanorør, oksyderte karbonnanorør, funksjonaliserte karbonnanorør, rensede karbonnanorør, og kombinasjoner derav. I noen utførelser, er karbonnanorørene MWNTs. I noen utførelser, er karbonnanorørene SWNTs. [0024] I noen av de ulike utførelsene som presenteres her, kan karbonnanorør være u-funksjonaliserte eller funksjonaliserte. Funksjonaliserte karbonnanorør, som anvendt heri, refererer til en hvilken som helst av karbonnanorørtypene som bærer kjemiske modifiseringer, fysiske modifiseringer eller en kombinasjon derav. Slike modifiseringer kan innebære nanorør-ender, -sidevegger, eller begge deler. Illustrerende kjemiske modifikasjoner av karbonnanorør omfatter for eksempel, kovalent binding og ionisk binding. Illustrerende fysiske modifikasjoner omfatter, for eksempel, kjemisorpsjon, interkalering, tensidinteraksjoner, polymerinnpakning, solvatisering og kombinasjoner derav. U-

8 - 7 - funksjonaliserte karbonnanorør er vanligvis isolert som aggregater referert til som tau eller bunter, som holdes sammen ved hjelp av Van der Waals-krefter. Spesielt er karbonnanorør i kontakt med hverandre. Karbonnanorørbunter kan bli enda tettere samlet ved hjelp av prosesseringsteknikker beskrevet her. [0025] U-funksjonaliserte karbonnanorør kan brukes som fremstilt fra en hvilken som helst av de forskjellige produksjonsmetodene, eller de kan være ytterligere renset. Rensing av karbonnanorør refererer vanligvis til for eksempel fjerning av metalliske urenheter, fjerning av ikkenanorør karbonholdige urenheter eller begge, fra karbonnanorør. Illustrerende rensemetoder for karbonnanorør omfatter for eksempel oksydering ved hjelp av oksyderende syrer, oksydering ved oppvarming i luft, filtrering og kromatografisk separasjon. Oksyderende rensemetoder fjerner ikkenanorør karbonholdige urenheter i form av karbondioksid. Oksyderende rensing av karbonnanorør med oksyderende syrer resulterer videre i dannelse av oksyderte funksjonaliserte karbonnanorør, hvor de lukkede endene av karbonnanorørstrukturen blir oksyderende åpnet og terminert med flere karboksylsyregrupper. Illustrerende oksyderende syrer for utførelse av oksyderende rensing av karbonnanorør omfatter f.eks. salpetersyre, svovelsyre, oleum og kombinasjoner derav. Oksiderende rensemetoder ved hjelp av en oksyderende syre resulterer videre i fjerning av metalliske urenheter i en løsningsfase. Avhengig av hvor lenge oksyderende rensing ved hjelp av oksyderende syrer er utført, resulterer videre reaksjon av de oksyderte, funksjonaliserte karbonnanorørene i forkorting av karbonnanorørene, som igjen termineres i sine åpne ender av flere karboksylsyregrupper. Karboksylsyregruppene i både oksyderte funksjonaliserte karbonnanorør og forkortede karbonnanorør kan reageres videre til å danne andre typer funksjonaliserte karbonnanorør. I ulike utførelser

9 - 8 - til den foreliggende beskrivelsen, er karbonnanorørene karboksylerte karbonnanorør fremstilt ved en oksyderende renseprosess. I noen utførelser, omfatter de kaboksylerte karbonnanorørene karboksylerte MWNTs. I andre utførelser, omfatter de kaboksylerte karbonnanorørene karboksylerte SWNTs. I noen utførelse av den foreliggende beskrivelsen, er karbonnanorørene urenset. I andre utførelse av den foreliggende beskrivelsen, er karbonnanorørene renset. [0026] I ulike utførelser, beskriver den foreliggende beskrivelsen ledende komposittlag med karbonnanorør og en polymer. I forskjellige utførelser av karbonnanorør/polymerkomposittene ifølge foreliggende beskrivelse, er karbonnanorørene i kontakt med minst en annen av flere karbonnanorør. Spesielt er karbonnanorørene i det minste delvis aggregert i bunter i de ledende komposittlagene. I noen utførelser er karbonnanorørene tettere buntet sammen i de ledende komposittlagene enn i karbonnanorørene som produsert. [0027] Uten å være bundet av noen teori eller mekanisme, er det antatt at ved å holde karbonnanorørene i nær kontakt med hverandre, oppnår man en ballistisk transport av elektriske signaler i stedet for en hoppende transportmekanisme. Ifølge dagens forståelse av transportmekanismen, er den høye elektriske ledningsevnen til karbonnanorørpolymerkomposittene beskrevet her et resultat fra bindingen av karbonnanorørene i store og tette bunter som setter polymerkomposittene i stand til å overføre ladning ved høyere nivåer i makroskalaen enn polymerkompositter med spredte karbonnanorør på mikroskalaen. Ledeevnen i polymerkompositter med spredte karbonnanorør er flere størrelsesordener lavere. [0028] I ulike utførelser er karbonnanorør/polymerkompositter ifølge den foreliggende oppfinnelsen fremstilt ved kontrollert blanding av karbonnanorør og en

10 - 9 - polykarbonatpolymer. Fagfolk på området vil likevel erkjenne at andre polymersystemer kan blandes med karbonnanorørene, og samtidig operere innenfor ånden og rammen av den foreliggende beskrivelsen. En slik kontrollert blanding endrer komposittmorfologien til å produsere tungt aggregerte karbonnanorør innenfor polymerkomposittene, og gir dermed fordelaktig transportdynamikk og elektrisk ledningsevne på omtrent 1300 S/cm og mer. Fortrinnsvis har karbonnanorørpolymerkompositter tilstrekkelig elektrisk ledningsevne, slik at de kan brukes som et belegg for å gi elektromagnetiske antenne/forsterker-transduksjonseffekter over et bredbåndet frekvensområde inn i GHz-regionen. [0029] I ulike utførelser her, kan de ledende karbonnanorør-polymerkomposittene avsettes som en tynn film. Slike tynne filmer av ledende karbonnanorør-polymerkompositter kan demonstrere bredbånd-signalbehandlingsevner i et frekvensområde fra omkring 1 Hz til omkring 1000 GHz. [0030] Antenner i ulike utførelser er beskrevet her. Antennene omfatter en ikke-ledende støttestruktur og et ledende komposittlag avsatt på den ikke-ledende støttestrukturen. Den ledende kompositten omfatter flere karbonnanorør og en polymer. Hver av de flere karbonnanorørene er i kontakt med minst ett annet av de flere karbonnanorørene. Det ledende komposittlaget er i stand til å motta i det minste ett elektromagnetisk signal. I noen utførelser, er karbonnanorørene multivegg karbonnanorør. I noen utførelser, er karbonnanorørene enkeltvegg karbonnanorør. [0031] I ulike utførelser danner det ledende komposittlaget et kontinuerlig lag. I andre ulike utførelser danner det ledende komposittlaget et diskontinuerlig lag. [0032] Det ledende komposittlaget har en tykkelse på omtrent 1 μm til omtrent 1 mm i noen utførelser, fra omtrent 1 mm til omtrent 1 cm i andre utførelser, og fra 1 cm til

11 omtrent 10 cm i ytterligere andre utførelser. I forskjellige utførelser, kontrolleres en frekvens som sendes og mottas av antennen ved å endre tykkelsen av det ledende komposittlaget. [0033] I ulike utførelser, har det ledende komposittlaget en AC/DC-ledningsevne som varierer fra omtrent 0,1 til omtrent S/cm. I andre ulike utførelser, har det ledende komposittlaget en AC/DC-ledningsevne som varierer fra omtrent 1 til omtrent 2000 S/cm. I ytterligere andre ulike utførelser, har det ledende komposittlaget en AC/DCledningsevne som varierer fra omtrent 1 til omtrent 1500 S/cm. I noen utførelser, har det ledende komposittlaget en AC/DC-ledningsevne som er større enn omtrent 1000 S/cm. [0034] I ulike utførelser, varierer en konsentrasjon av karbonnanorør i det ledende komposittlaget fra omtrent 0,1 til omtrent 20 vektprosent. I noen utførelser, varierer konsentrasjonen fra omtrent 0,1 til omtrent 10 vektprosent. [0035] I ulike utførelser av antennene, er den ikke-ledende støttestrukturen langstrakt for å gi antennelengden. I noen utførelser er den ikke-ledende støttestrukturen en sylinder. I noen utførelser er den ikke-ledende støttestrukturen et hult rør. I noen utførelser er den ikke-ledende støttestrukturen formet av en plast. [0036] I noen utførelser blir det ledende komposittlaget avsatt på den ytre overflaten av det hule røret. I noen utførelser blir det ledende komposittlaget avsatt på den indre overflaten av det hule røret. I noen andre utførelser blir det ledende komposittlaget avsatt både på den indre overflaten og den ytre overflaten av det hule røret. [0037] Antennen har en lengde på omtrent 1 cm til omtrent 1 m i noen utførelser, og fra omtrent 1 m til omtrent 10 m i andre utførelser, og opp til omtrent 50 m i ytterligere

12 andre utførelser. I forskjellige utførelser, kontrolleres en frekvens som sendes og mottas av antennen ved å lengden av antennen. [0038] I forskjellige utførelser er polymeren som omfatter det ledende komposittlaget for eksempel en termoplastisk polymer eller en termoherdende polymer. Termoplastiske polymerer omfatter for eksempel polyetylen, polypropylen, polystyren, polyamider (nylon), polyestere og polykarbonater. Termoherdende polymerer omfatter for eksempel epoksyer. I ulike utførelser kan polymeren være et polykarbonat. I forskjellige utførelser fukter polymeren overflaten av karbonnanorørene. I ulike utførelser framstilles det ledende komposittlaget ved blanding av en forhåndsdannet polymer med karbonnanorørene. I andre forskjellige utførelser, framstilles det ledende komposittlaget ved å blande minst en monomer med karbonnanorørene og deretter polymeriseres den i det minste ene monomeren for å danne en polymerkompositt som har karbonnanorørene i det minste delvis buntet. [0039] I ulike utførelser avsettes det ledende komposittlaget på den ikke-ledende støttestrukturen ved hjelp av en teknikk som for eksempel, dypp-belegging, spinn-belegging, trykking, spray-avsetting og kombinasjoner derav. I ulike utførelser avsettes det ledende komposittlaget på den ikkeledende støttestrukturen gjennom en dypp-beleggingsteknikk. Et illustrerende dypp-beleggingsteknikk er presentert som et eksperimentelt eksempel i det nedenstående. [0040] I ulike utførelser er antennene funksjonsdyktige til å motta i det minste ett elektromagnetisk signal. I noen utførelser er det i minste ene elektromagnetiske signalet et mikrobølgesignal. I noen utførelser er det i minste ene elektromagnetiske signalet et radiosignal. [0041] I ulike utførelser er antenner av den foreliggende beskrivelsen mer effektive enn hel-metalliske antenner. Som

13 anvendt her, refererer antenneeffektiviteten til mengden av tap som oppstår ved antenneterminalene. Slike tap skjer gjennom ledning og dielektriske medire, og på grunn av refleksjon som et resultat av manglende tilpasning mellom antennen og en tilknyttet senderenhet. [0042] I andre forskjellige utførelser av den foreliggende beskrivelsen, er det her beskrevet hybridantenner. Hybridantenner inkluderer et metallisk antenneunderstell og et ledende komposittlag-belegg over det metalliske antenneunderstellet. Det ledende komposittlaget omfatter flere karbonnanorør og en polymer. Hver av de flere karbonnanorørene er i kontakt med minst ett annet av de flere karbonnanorørene. Det ledende komposittlaget fungerer som en forsterker for det metalliske antenneunderstellet. [0043] I forskjellige utførelser av hydridantennene er polymeren et polykarbonat. I noen utførelser av hybridantennene, er karbonnanorørene multivegg karbonnanorør. I noen utførelser av hybridantennene, er karbonnanorørene enkeltvegg karbonnanorør. I noen utførelser av hybridantennene, avsettes det ledende komposittlaget på det metalliske antenneunderstellet ved hjelp av en teknikk som for eksempel, dypp-belegging, spinn-belegging, trykking, spray-avsetting og kombinasjoner derav. [0044] Hybridantennen har en lengde på omtrent 1 cm til omtrent 1 m i noen utførelser, og fra omtrent 1 m til omtrent 10 m i andre utførelser, og opp til omtrent 50 m i ytterligere andre utførelser. Det ledende komposittlaget har en tykkelse på omtrent 1 μm til omtrent 1 mm i noen utførelser, fra omtrent 1 mm til omtrent 1 cm i andre utførelser, og fra 1 cm til omtrent 10 cm i ytterligere andre utførelser. [0045] I ulike utførelser av hybridantennene, varierer en konsentrasjon av karbonnanorør i det ledende komposittlaget

14 fra omtrent 0,1 til omtrent 20 vektprosent. I noen utførelser, varierer konsentrasjonen fra omtrent 0,1 til omtrent 10 vektprosent. [0046] I ulike utførelser avhybridantennene, har det ledende komposittlaget en AC/DC-ledningsevne som varierer fra omtrent 0,1 til omtrent S/cm. I andre ulike utførelser, har det ledende komposittlaget en AC/DC-ledningsevne som varierer fra omtrent 1 til omtrent 2000 S/cm. I ytterligere andre ulike utførelser, har det ledende komposittlaget en AC/DC-ledningsevne som varierer fra omtrent 1 til omtrent 1500 S/cm. I noen utførelser, har det ledende komposittlaget en AC/DC-ledningsevne som er større enn omtrent 1000 S/cm. [0047] I ulike utførelser av hybridantenner, er det metalliske antenneunderstellet helt belagt med det ledende komposittlaget. I andre ulike utførelser, er det metalliske antenneunderstellet delvis belagt med det ledende komposittlaget. I noen utførelser er det ledende komposittlaget kontinuerlig. I noen utførelser er det ledende komposittlaget diskontinuerlig. [0048] I ytterligere andre forskjellige utførelser av den foreliggende beskrivelse, er det her beskrevet metoder for å forme en antenne. Metodene omfatter å gi en ikke-ledende støttestruktur og avsett et ledende komposittlag på den ikke-ledende støttestrukturen. Det ledende komposittlaget omfatter flere karbonnanorør og en polymer. Hver av de flere karbonnanorørene er i kontakt med minst ett annet av de flere karbonnanorørene. Det ledende komposittlaget er i stand til å motta i det minste ett elektromagnetisk signal. [0049] I forskjellige utførelser av metodene, er den ikkeledende støttestrukturen en sylinder. I forskjellige utførelser av metodene, er den ikke-ledende støttestrukturen et hult rør. I noen utførelser av metoden er polymeren et po-

15 lykarbonat. I noen utførelser av metoden er karbonnanorørene multivegg karbonnanorør. I andre forskjellige utførelser av metoden er karbonnanorørene enkeltvegg karbonnanorør. [0050] I ytterligere andre forskjellige utførelser av den foreliggende beskrivelse, er det her beskrevet metoder for å forme en hybridantenne. Metodene inkluderer å gi et metallisk antenneunderstell og avsetting av et ledende komposittlag-belegg på det metalliske antenneunderstellet. Det ledende komposittlaget omfatter flere karbonnanorør og en polymer. Hver av de flere karbonnanorørene er i kontakt med minst ett annet av de flere karbonnanorørene. Det ledende komposittlaget fungerer som en forsterker for det metalliske antenneunderstellet. [0051] I forskjellige utførelser av metodene er polymeren et polykarbonat. I forskjellige utførelser av metoden er karbonnanorørene enkeltvegg karbonnanorør. I forskjellige utførelser av metoden er karbonnanorørene multivegg karbonnanorør. [0052] I ulike utførelser av metodene omfatter avsettingstrinnet en teknikk som for eksempel, dypp-belegging, spinnbelegging, trykking, spray-avsetting og kombinasjoner derav. [0053] Antennene og hybridantennene til den foreliggende oppfinnelsen kan anvendes som en erstatningsantenne i en hvilken som helst enhet som bruker en metallisk antenne. Slike enheter kan for eksempel omfatte, radioer, mobiltelefoner og trådløse nettverkskort. Radioer inkludert antennene eller hybridantennene til foreliggende oppfinnelse beskrives her i ulike utførelser. Mobiltelefoner inkludert antennene eller hybridantennene til foreliggende oppfinnelse beskrives her i ulike utførelser. Trådløse nettverkskort

16 eller andre trådløse kommunikasjonsenheter inkludert antennene eller hybridantennene til foreliggende oppfinnelse beskrives her i ulike utførelser. Eksperimentelle eksempler [0054] De følgende eksperimentelle eksempler er inkludert for å demonstrere visse aspekter av den foreliggende beskrivelsen. Det skal forstås av fagfolk med gjennomsnittlige kunnskaper innen området at metodene beskrevet i eksemplene som følger, kun representerer eksempler på utførelser ifølge foreliggende beskrivelse. Fagfolk på området bør, i lys av den foreliggende beskrivelse, forstå at mange endringer kan gjøres i de spesifikke utførelsene som er beskrevet og fremdeles oppnå samme eller lignende resultat, uten å avvike fra ånden og omfanget av den foreliggende beskrivelse. [0055] Eksempel 1: AC ledningsevne MWNT komposittmaterialer. Urenset MWNTs med en lav konsentrasjon av metallkatalysatorpartikler (basert på TEM-bilder) ble veiet ut og blandet med polykarbonat ved forskjellige belastningsnivåer. De resulterende suspensjoner ble omrørt i 48 timer ved romtemperatur og i luft. AC-ledningsevne til de resulterende polymerkompositter som en funksjon av MWNT-belasting er vist i tabell 1. Tabell 1: AC-ledningsevne til MWNT/polykarbonatkompositter. MWNT-belastning (vekt-%) 0,19 AC-ledningsevne (S/cm) ± , ± , ± , ± , ± , ± , ± , ± , ± 86.30

17 [0056] FIGUR 1 viser en illustrerende plotting av ledningsevnen i en karbonnanorør/polykarbonat kompositt som en funksjon av målevinkel; [0057] Eksempel 2: Fysiske egenskaper til MWNT komposittmaterialer. FIGUR 2A, 2B og 2C presenterer illustrerende Raman-spektra av renset MWNTs (201), urensede MWNTs (202), en MWNT-polykarbonatkompositt (203), og en uberørt polykarbonatpolymer (204), henholdsvis. Eksitasjonsbølgelengdene på 488 nm (FIGUR 2A), 514 nm (FIGUR 2B) og 785 nm (FIGUR 2C) ble brukt. I Raman-spektra til MWNTs, forstås broadness i D peak generelt å representere ikke bare defekter som amorft karbon, men er også karakteristisk for hulrom, haekkelitt, og variasjoner i nanorørlengder og -bredder. Som vist i FI- GUR 2A - 2C, hadde D og G-peaks for urenset og syrebehandlet (renset) karbonnanorør typisk sterke intensiteter. I motsetning til dette var D-peak betydelig redusert ved alle bølgelengder som ble testet for MWNTpolymerkomposittmaterialet. [0058] Det er kjent at lange blandetider til karbonnanorør med polymerer kan medføre økt aggregering av karbonnanorør i de resulterende polymerkompositter for å gi tette karbonnanorør-bunter. For fremstilling av de høyt ledende polymerkompositter som anvendes i den foreliggende beskrivelse, ble omrøringen av karbonnanorør med polymermaterialet utført over lengre tid til å fremme tett bunting og polymerfukting av karbonnanorør. FIGUR 3 presenterer et illustrerende TEM-bilde av MWNTs som brukes i polymerkomposittene før framstilling av polymerkompositten. FIGUR 4 viser et illustrerende motsettende TEM-bilde av MWNTs etter framstilling av polymerkompositten, og viser stram bunting av MWNTs med hverandre og omgitt av polymer. Ledningsevnene til de resulterende polymerkompositter, har tidligere blitt vist i tabell 1. Generelt var ledningsevnene høyere for polymerkompositter fremstilt av urenset MWNTs i forhold til

18 de laget av renset MWNTs. Ledningsevnene vist i tabell 1 er sammenlignbare med de av buckypapir framstilt av SWNTs. [0059] De elektriske ledningsevnene til polykarbonat/karbonnanorør-kompositter kan beskrives ved skaleringsloven basert på perkulasjonsteorien. Skaleringsloven [hdc = 6o (p - pc)t] er brukt til å beskrive perkolasjonsprosessen, hvor UDC er ledningsevnen, 6o er ledningsevnen i fyllstoffet, p er vektandelen av nanorør og pc er den initielle ledningsevnen over hvilken materialet oppfører seg som en leder. Eksponenten t er relatert til prøvedimensionaliteten hvor t - 1, t - 1,33 og t - 2,0 tilsvarer henholdsvis en, to og tre dimensjoner. Kurvetilpasning av skaleringslovligningen ga perkolasjonsterskel som pc = 0,20 vekt-%, t = 1,39 for renset MWNTs og pc = 0,19 vekt-%, t = 0,97 for urenset MWNTs. Basert på disse resultatene for urenset i forhold til renset MWNTs, er opptreden av perkolasjon omtrent det samme, men dimensjonalitetsbegrepene er forskjellige. Åpenbart blir transportør-dimensionalitet dramatisk endret i de rensede prøvene. [0060] Eksempel 3: Framstilling av en ikke-metallisk antenne. Med bruk av 7,23 vektprosent karbonnanorør-kompositt, fremstilt som beskrevet i eksempel 1, ble en liten, tynn, hul, plaststav (lengde = 4,97 cm, diameter = 0,30 cm) dyppet i komposittmaterialet til et tynt, jevnt lag av kompositt ble avsatt på plaststaven. FIGUR 5 viser et fotografi av en illustrerende ikke-metallisk antenne fremstilt som beskrevet i dette eksempel. [0061] Når den er koblet til en enkel radio i stedet for den konvensjonelle antennen, ble signalmottak observert over et bredt frekvensspekter. FIGUR 6 viser et fotografi av en illustrerende ikke-metallisk antenne 600 koblet til en radio 601. Frekvensmottak over et område på 5 Hz til 13 MHz ble målt ved hjelp av et oscilloskop.

19 [0062] Eksempel 4: Driftsparametre til en ikke-metallisk antenne. For antennen fremstilt i eksempel 3 ble det resonansfrekvensen, stående-bølge-forholdet (SWR) og impedansen målt. I henhold til beskrivelsen gitt i eksempel 3, ble antenne konstruert i form av en tradisjonell 1/4-bølge vertikal (på omtrent 5 cm lengde) med et kvadratisk grunnplan på ca. ½ bølgelengde fra hjørne til hjørne eller to ganger lengden av det vertikale elementet. [0063] Senterfrekvensen til antennen var 1,63 GHz med et resonant dip på -4,3 dh. SWR var 3,78 ved denne frekvens, og impedansen var Z = 56 - i75 for en kapasitiv last på 1,3 pf. Resonansen var ganske grunn og bred, noe som indikerer at denne utførelsen av antenneenheten har en begrenset effektivitet, men bred båndbredde. 1/2-dip-punktene rundt senterfrekvensen var 1,1082 GHz og 2,2231 GHz. Punktene hvor den imaginære komponenten av impedansen falt til null og ble oversatt til en overgang fra kapasitiv til induktiv last var 1,47 GHz med Z = 211 og 2,0 GHz med Z = 7. [0064] Eksempel 5: Driftsparametrene til en metallisk antenne (sammenligningseksempel). Sammenligning av ytelsene til antennen i eksempel 4 mot en tradisjonell kobber 1/4- bølgelengde vertikal antenne med samme grunnplan ble også utført. For kobberantennen var senterfrekvensen 1,227 GHz med et resonant dip på -7.5 db. Impedansen ved resonans var Z = 28,6 - i30.43, som gir en SWR på 2,3. Ved resonans, var lasten kapasitiv ved 4 pf, men resonansfrekvensen var betydelig lavere enn for den samme lengden antenne i eksempel 4. ½-dip-punktene var på 1,091 GHz og 1,39 GHz, og den imaginære komponenten falt til null ved 1,17 GHz (Z = 192) og GHz (Z = 16,4). [0065] Eksempel 6: Kobling av den ikke-metalliske antennen til den metalliske antennen. Den tradisjonelle kobber 1/4- bølgeantennen ifølge eksempel 5 ble koblet videre til den ikke-metalliske antennen i eksempel 3 for å produsere en

20 koblet antenne. Den koblede antennen hadde en senket resonansfrekvens til 976 MHz, men økt resonans-dip på -14,275 db. SWR ved resonans var 1,5, og impedansen var Z = 37 + i12.1. ½-dip-punktene (- 7dB) var på 839,25 MHz og 1,2557 MHz, og punktene hvor den imaginære komponenten var forsvunnet var 614 MHz (Z = 4) og 1,6 GHz (Z = 106). Driftsparametrene til den koblede antennen er interessante, særlig i lys av den koblede antennens sterkt økte effektivitet (induktiv last = 1,9 nh ved resonans). I den koblede antennen opptrer karbonnanorør-kompositten i dobbel rolle, både som en resonansforsterker ved å senke frekvensen, og som et dielektrikum ved å kompensere for den kapasitive lasten i kabelen og kontakten.