Değişken İletkenlikli MXene Dipol Antenlerin Performans Analizi ve Eşdeğer Devre Modellemesi

Öz

MXene malzemelerinin 5G ve IoT uygulamalarına yönelik esnek RF cihazlarına entegrasyonu, malzeme özelliklerinin elektromanyetik performansı nasıl etkilediğinin hassas bir şekilde anlaşılmasını gerektirmektedir. MXene filmlerinin elektriksel iletkenliği üretim süreçlerine bağlı olarak önemli ölçüde değişkenlik gösterdiğinden, performans analizi için yalnızca geleneksel tam dalga (full-wave) simülasyonlarına güvenmek, ciddi bir hesaplama darboğazı oluşturmaktadır. Bu makale, değişken iletkenliklere (0.5x105 S/m ile 10x105 S/m S/m arası) sahip MXene dipol antenlerin rezonans davranışını modellemek amacıyla sistematik bir Eşdeğer Devre Modeli (EDM) önermektedir. CST Microwave Studio simülasyonları ile yapılan karşılaştırmalı analizler sonucunda, bu çalışma, önerilen EDM'nin geri dönüş kaybını ( ) ve rezonans karakteristiklerini yüksek doğrulukla modellediğini doğrulamaktadır. Elde edilen bulgular, reaktif endüktans ( ) ve kapasitansın ( ) anten geometrisi tarafından belirlendiğini, ancak ışıma verimliliğinin doğrudan iletkenliğe bağlı omik direnç ( ) ile sınırlandığını nicel olarak ortaya koymaktadır. Sonuç olarak geliştirilen bu model, MXene antenlerin hızlı prototiplenmesi ve optimizasyonu için hesaplama açısından verimli bir alternatif sunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• MXene anten
• eşdeğer devre modeli
• dipol anten
• RLC analizi
• değişken iletkenlik.

Kaynakça

1. [1] J. Guo et al., "High-Conductivity MXene Film-Based Millimeter Wave Antenna for 5G Applications," Crystals, vol. 13, no. 7, p. 1136, 2023.
2. [2] K. K. Kazemi et al., "MXene membrane in planar microwave resonant structures for 5G applications," Applied Materials Today, vol. 26, p. 101294, 2022.
3. [3] X. Fan et al., "Flexible two-dimensional MXene-based antennas," Nanoscale Horizons, vol. 8, pp. 309-320, 2023.
4. [4] Y. Huang et al., "Flexible MXene films for batteries and beyond," Carbon Energy, vol. 4, pp. 598–620, 2022.
5. [5] J. Zhang et al., "Scalable Manufacturing of Free-Standing, Strong Ti3C2Tx MXene Films with Outstanding Conductivity," Advanced Materials, vol. 32, no. 23, p. 2001093, 2020.
6. [6] Y. Gogotsi, "The Rise of MXenes," ACS Nano, vol. 13, no. 8, pp. 8491–8494, 2019.
7. [7] J. S. Seyyedi, S. Sahab, G. Moradi, A. Ebrahimpour, and R. S. Shirazi, "The Comparison of MXene and Graphene-Based Antennas for 5G/6G Communications," in 2025 33rd International Conference on Electrical Engineering (ICEE), 2025.
8. [8] A. Lipatov et al., "High electrical conductivity and breakdown current density of individual monolayer Ti3C2Tx MXene flakes," Matter, vol. 2, no. 6, pp. 1395–1407, 2020.

9. [9] J. Guo et al., "Microstrip Antenna Arrays Based on Two-dimensional Titanium Carbide (MXene) Films," in 2023 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT), Chengdu, China, 2023.
10. [10] Z. S. Sourkouhi et al., "Paper-Based RFID Tag using MXene Towards Sustainable IOT," 2024.
11. [11] A. Sinha et al., "MXene: An emerging material for sensing and biosensing," Trends in Analytical Chemistry, vol. 105, pp. 424–435, 2018.
12. [12] K. Hantanasirisakul and Y. Gogotsi, "Electronic and Optical Properties of 2D Transition Metal Carbides and Nitrides (MXenes)," Advanced Materials, vol. 30, no. 52, p. 1804790, 2018.
13. [13] M. Bute, "MXene Based Dipole Antennas Involving Effects of Sheet Resistance," [11th International Conference On Electrical and Electronics Engineering].
14. [14] Y. Gogotsi, "MXene, Graphene or Their Hybrid? A Guide to Finding the Best Material for the Job," in Graphene & 2D Materials International Conference, 2019.
15. [15] M. Han et al., "Solution-Processed Ti3C2Tx MXene Antennas for Radio-Frequency Communication," Advanced Materials, vol. 33, no. 1, p. 2003225, 2021.