مع التطور السريع للمدينة الذكية, الصناعه 4.0 وإنترنت الأشياء, هناك طلب كبير على منتجات تحديد الهوية الذكية RFID في السوق. وتتفاعل (تعريف تردد الراديو), المعروف أيضا باسم تكنولوجيا تحديد الترددات الراديوية, هي تقنية الحصول على البيانات التلقائية غير المتصلة وواحدة من التقنيات الأساسية لإنترنت الأشياء. أكبر ما يميزها هو أن سرعة جمع المعلومات سريعة, لا يحتاج إلى الاتصال الميكانيكي أو البصري, يكتمل بالكامل من خلال تقنية الاتصالات اللاسلكية, يمكن جمع مئات الآلاف من معلومات الكائن في وقت واحد في ثانية واحدة, دقة جمع المعلومات عالية. وفي الوقت الحاضر, تم استخدام هذه التكنولوجيا على نطاق واسع في جميع المجالات تقريبا, مثل التخزين اللوجستي, النقل, مكافحة التزييف الأمني, الدفع عبر الهاتف المحمول وهلم جرا.
1. حالة البحث
الولايات المتحدة هي مروج نشط لتطبيق ملصق RFID, الذي يقود العالم في مجال إنشاء معايير RFID, تطوير وتطبيق تكنولوجيا البرمجيات والأجهزة. تتبع معايير RFID الأوروبية معيار EPCglobal بقيادة الولايات المتحدة. يركز البحث والتطوير في RFID في الدول الأوروبية والأمريكية بشكل أساسي على وضع المعايير, تصنيع الرقائق, تصنيع القارئ وتكامل النظام. الصين هي أكبر مورد في العالم لملصقات RFID, والإنتاج الإجمالي لملصقات RFID يمثل حوالي 60% من العالم. خاصة بالنسبة لملصقات RFID عالية التردد, لقد أدركت الصين بشكل أساسي كل التوطين من الرقائق إلى الهوائيات.
عنق الزجاجة الرئيسي لتعميم نظام RFID هو السعر, الحجم والقدرة على التكيف البيئي لملصق RFID. وفي الوقت الحاضر, يتم تصنيع ملصق RFID بطريقة لف الأسلاك النحاسية وطريقة نقش رقائق الألومنيوم, وتستخدم طريقة تلبيد السيراميك بشكل أساسي. المشاكل الشائعة هي كما يلي:
(1) التلوث البيئي;
(2) ركيزة الملصق مفردة ومجال تطبيقها محدود;
(3) كفاءة التصنيع منخفضة;
(4) حجم الملصق كبير;
(5) غلاء;
(6) دقة التصنيع منخفضة.
في السنوات القليلة الماضية, تعتقد العديد من المؤسسات البحثية في الداخل والخارج أن ملصق RFID لطباعة الشاشة مع معجون الفضة الموصل هو أكثر التقنيات فعالية لتحقيق تكلفة منخفضة, التصغير, دقة عالية, قدرة قوية على التكيف والإنتاج على نطاق واسع. على الرغم من أن تقنية الطباعة في مجال استنساخ الصور تتميز بالسرعة العالية, كفاءة عالية, الخطوط الدقيقة والطباعة المتراكبة الدقيقة, بسبب الموصلية الضعيفة لمعجون الفضة الموصل والحد من آلية التوصيل, يمكن استخدام معجون الفضة الموصلة عالي المحتوى فقط وشاشة رقم السلك المنخفض, والتي تتأثر بعشرات العوامل مثل لزوجة الحبر, التمدد, سيوله, كشط الضغط, تمدد الشاشة وتداخل سلك الشاشة, تشوه هيكل سلك ملصق RFID المطبوع, الحدود الخشنة, ماس كهربائى ودائرة مفتوحة, تختلف كفاءة الإشعاع الفعلية وكفاءة الإشعاع النظرية اختلافا كبيرا. لتلخيص, من ناحية, الطلب على سوق الملصقات الإلكترونية RFID أكثر قوة. من جهة أخرى, لا تزال تقنية تصنيع العلامات الإلكترونية RFID تواجه مشاكل مثل الكفاءة المنخفضة, غلاء, التلوث البيئي, ركيزة واحدة, إلخ. يحتاج السوق إلى تكنولوجيا تصنيع جديدة لاختراق التناقض بين العرض والطلب.
1.1 تحليل الاتجاه والطلب
مع التطوير الناجح لمواد الجرافين ذات الموصلية العالية من قبل السير أندريه حاييم والسير كونستانتين نوفو سيان لوف, الحائزون على جائزة نوبل من جامعة مانشستر في المملكة المتحدة, يؤدي انخفاض سعر الجرافين وتحسين جودة المنتج إلى تحفيز أبحاث تطبيق المنتجات النهائية بشكل كبير, مثل أنواع مختلفة من منتجات الجرافين الإلكترونية مثل الخطوط الموصلة, اجهزه الاستشعار, الشاشات الطبية, إلخ. بسبب التركيب الطوبولوجي الدقيق للجرافين, لديها موصلية عالية. تختلف آلية توصيل الجرافين عن آلية جزيئات الفضة.
1.2 مزايا
هناك ميزتان في تحضير المعجون الموصل المركب المملوء عن طريق مسحوق الجرافين
(1) توافق قوي. يمكن طباعة معجون الجرافين على جميع الركائز تقريبا مثل الفيلم البلاستيكي, ورقة, خزف, قماش قطني, الخشب, إلخ.
(2) أداء عالي التكلفة. مقارنة بمعجون الفضة الموصل الحالي, يتميز ملاط الجرافين بموصلية أفضل وميزة تكلفة أعلى. مع تطور تكنولوجيا إنتاج الجرافين وانخفاض التكلفة, سيشغل معجون الجرافين الموصل حصة السوق تدريجيا. تشير التقديرات إلى أن حجم سوق الجرافين في مجال العجينة الموصلة سيصل 200 مليون يوان بواسطة 2020.
وفي الوقت الحاضر, أعاد بعض مصنعي أنظمة RFID الأجانب طباعة إلكترونيات RFID باستخدام معجون الجرافين
البحث في التقنيات الرئيسية وتصنيع الملصقات, مثل bgtmaterials: Limited (BGTM) في المملكة المتحدة.
ومع ذلك, لا توجد شركات محلية أخرى لإجراء البحث الصناعي والتطوير لهذه التكنولوجيا.
وفي الوقت الحاضر, الطاقة الإنتاجية للجرافين في الصين تتوسع بسرعة, وهناك العديد من مصنعي الجرافين على نطاق واسع. على سبيل المثال, شركة نينغبو موكسي للتكنولوجيا, المحدودة., شركة تشونغتشينغ موهي للتكنولوجيا, المحدودة., شركة HONGNA New Material Technology, المحدودة., جينان موكسي شركة تكنولوجيا المواد الجديدة, المحدودة., شركة سوتشو جيريفنغ نانو للتكنولوجيا, المحدودة., شركة نانجينغ شيانفنغ نانو للتكنولوجيا, المحدودة., تشانغتشو 2D الكربون التكنولوجيا المحدودة, المحدودة., كل ذلك يمكن أن ينتج 100 طن من الجرافين سنويا.
وفقا للتقرير البحثي عن آفاق السوق وفرص الاستثمار لصناعة إنترنت الأشياء في الصين في 2017-2022 صادر عن معهد أبحاث صناعة الأعمال الصيني, سيصل حجم سوق RFID في الصين 60 مليار يوان في 2018.
وبناء على هذا, من خلال تحليل معلمات أداء ملصقات RFID, تحسين قابلية طباعة معجون الجرافين الموصل, وتطبيق تقنية الطباعة بالحفر, تكنولوجيا تصنيع ملصقات RFID الجديدة مع حماية البيئة الخضراء, الإنتاج الضخم, كفاءة عالية, وجودة عالية, أصبحت التكلفة المنخفضة والمناسبة للركائز المختلفة هو اتجاه التطوير الحتمي للصناعة.
2 مناهج البحث في المشروع
2.1 إعداد, التحكم في التعديل والتشتت لمعجون الجرافين الموصل
نظرا للمظهر المختلف والخصائص الموصلة للجرافين ومسحوق الفضة الموصل, تختلف أيضا صياغة وعملية المعجون الموصل على أساس الجرافين. يمكن أن تجعل الكراهية للماء للجرافين مقياس نانو الجرافين
2.1 إعداد, التحكم في التعديل والتشتت لمعجون الجرافين الموصل
نظرا للمظهر المختلف والخصائص الموصلة للجرافين ومسحوق الفضة الموصل, تختلف أيضا صياغة وعملية المعجون الموصل على أساس الجرافين. تجعل الكراهية للماء للجرافين من السهل التكتل من خلال قوة فان دير فالس القوية. يمكن للمذيب الفعال أن يمنع تراكم الجرافين ويجعله تشتت الجرافين مستقرا. المذيبات المثالية هي N-methylpyrrolidone (NMP) وثنائي ميثيل فورماميد (DMF). في هذا المشروع, نخطط لاستخدام DMF / NMP كمذيب لتفريق الجرافين عن طريق إضافة مثبت (مثل إيثيل السليلوز) في صيغة ملاط الجرافين, وذلك لحل مشكلة أن مسحوق الجرافين سهل التكتل ويصعب تشتيته. تم قياس حجم الجسيمات وتشتت ملاط الجرافين بواسطة محلل حجم جسيمات الليزر لضمان تشتت جزيئات ملاط الجرافين.
إضافة بادئ الأشعة فوق البنفسجية, راتنج حساس للضوء ومكونات أخرى في عجينة موصل للجرافين, وتحسين نسبة الخلط, يمكن ترسيخ معجون الجرافين الموصل بسرعة تحت الأشعة فوق البنفسجية, تقليل درجة حرارة التجفيف للعلامة الإلكترونية RFID المطبوعة, تقصير وقت التجفيف, تحسين كفاءة الإنتاج, ويمكن طباعة علامات RFID الإلكترونية على ركائز مختلفة مثل الورق, فيلم بلاستيكي, الحرير وهلم جرا. اللزوجة, لزوجة, سيوله, توتر سطحي, جفاف, متغير الانسيابية, يتم تعديل الخاصية الريولوجية وحجم الجسيمات لمعجون الجرافين الموصل عن طريق تغيير الموثق والمواد المضافة للملاط. كوب اللزوجة أو مقياس اللزوجة Ubbelohde, يتم استخدام مقياس لزوجة الملاط والتوتر السطحي لتلبية متطلبات طباعة الحفر.
2.2 تصميم هوائي ملصق RFID على أساس طباعة معجون الجرافين الموصل
المعلمات الرئيسية التي تؤثر على الأداء الكهربائي لهوائي ملصق RFID هي شكل الهوائي, هيكل الحجم, الخصائص المادية, تردد التشغيل, عرض النطاق الترددي, اتجاه الاستقطاب, الاتجاهية, كسب, عرض الفص, مقاومه, حساسية, عوامل الجودة وبيئة التطبيق, إلخ. يجب أن تكون هذه المعلمات متوازنة في تصميم ملصق RFID.
في برنامج المحاكاة HFSS أو الإعلانات, عرض خط هوائي الإدخال, تباعد الأسطر, حجم الانحناء, فجوة التغذية, حجم حلقة التغذية, استقبال الإشارة الكهرومغناطيسية وموصلية المواد الراجعة, ثابت عازل ومعلمات تصميم أخرى لمحاكاة الكمبيوتر, كما هو موضح في الشكل 9, تحصل محاكاة الكمبيوتر على خسارة عودة ملصق RFID وتوزيع الطاقة, وذلك لتحديد معلمات توصيف الأداء الكهربائي لملصق RFID, إنشاء نموذج البيانات. تمت دراسة تأثيرات صيغة العجينة الموصلة للجرافين ومعلمات عملية الطباعة على أداء الهوائي. تمت دراسة تأثير سمك فيلم الحبر على تأثير الجلد وأداء الهوائي. خصائص المعاوقة لطبقة حبر الجرافين عند إمكانات كيميائية مختلفة, تتم دراسة تأثير المفاعلة العالية في نطاق UHF على كسب هوائي ملصق RFID بشكل خاص.
2.3 التحكم في معلمات طباعة الحفر على أساس لصق الجرافين الموصل
وفقا لقابلية طباعة معجون الجرافين الموصل والمعلمات الهيكلية لملصق RFID المصمم بواسطة محاكاة الكمبيوتر, رقم خط الشاشة المناسب, يتم تحديد عمق الشبكة وشكل ثقب الشبكة لأسطوانة طباعة الحفر, ويتم حساب كمية الحبر ويتم ضبط سمك فيلم الملاط. استهداف ركائز مختلفة مثل الورق, فيلم بلاستيكي (مثل الأليفة, باي, حزب الشعب الكمبودي, إلخ.), الحرير وهلم جرا, سلسلة من معلمات عملية الطباعة, مثل توتر اللف والاسترخاء, ضغط طباعة الأسطوانة بصمة المطاط, اللزوجة متغيرة الانسيابية للطين, زاوية التلامس للمكشطة, سرعة الطباعة وتحديد المواقع الطباعة الفوقية, يتم تعديلها للحصول على مخطط عملية الطباعة الأمثل.
2.4 تحسين درجة حرارة تجفيف فيلم الحبر وضغط ضغط الأسطوانة
لأن طبقة الحبر الموصلة يتم تجفيفها وترسيخها إلى حد ما, ثم تقويم بواسطة الأسطوانة, يمكن تغيير مورفولوجيا السطح, يمكن زيادة كثافة طبقة الحبر, ويمكن تحسين الموصلية بشكل كبير. ومع ذلك, من السهل أن يتسبب فيلم الحبر المضغوط في تضخيم الكفاف وتشوه الأسلاك. اضبط درجة حرارة ووقت طبقة الحبر الموصلة للجرافين في قناة المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية, اختبار القدرة على تحسين الموصلية ودرجة تشوه كفاف طبقة الحبر, تحسين درجة حرارة معالجة فيلم الحبر, الوقت وضغط الطحن ومعلمات العملية الأخرى.
2.5 تحليل واختبار أداء ملصق RFID
خذ ورقة العينة المطبوعة, لصق الرقاقة, واختبار معلمات الأداء الكهربائي مثل تردد العمل, عرض النطاق الترددي, اتجاه الاستقطاب, الاتجاهية, كسب, عرض الفص, مقاومه, عرض النطاق الترددي لعامل الجودة, الاتجاهية, كسب, خسارة العائد, عامل الجودة, الحساسية ومعلمات الأداء الكهربائي الأخرى على محلل الشبكة مثل تنسيق العلامة, واختبار مسافة القراءة في بيئات التطبيق المختلفة, التحقق والتصحيح.
الختام
من خلال طرق البحث والطرق الفنية المذكورة أعلاه, نأمل في الحصول على علامات إلكترونية RFID ذات الموصلية العالية وتلبية احتياجات صناعة إنترنت الأشياء, إدراك التصنيع الصناعي على نطاق واسع للعلامات الإلكترونية RFID, خالية تماما من النفايات في عملية التصنيع, وضمان حماية البيئة الخضراء. سيصبح التكرار التقني لملصق الجرافين RFID هو المنفذ التالي في صناعة إنترنت الأشياء.
