Mit der rasanten Entwicklung der Smart City, Industrie 4.0 und Internet der Dinge, es gibt eine große Nachfrage nach RFID intelligenten Identifikationsprodukten auf dem Markt. RFID (Radiofrequenz-Identifikation), auch als Hochfrequenz-Identifikationstechnologie bekannt, ist eine berührungslose automatische Datenerfassungstechnologie und eine der Kerntechnologien des Internets der Dinge. Sein größtes Merkmal ist, dass die Informationserfassungsgeschwindigkeit schnell ist, benötigt nicht den mechanischen oder optischen Kontakt, komplett durch die drahtlose Kommunikationstechnologie, kann gleichzeitig Hunderttausende von Objektinformationen in einer Sekunde sammeln, Die Genauigkeit der Informationserfassung ist hoch. Zur Zeit, Diese Technologie ist in fast allen Bereichen weit verbreitet, wie Logistiklager, Transport, Sicherheit zur Bekämpfung von Produkt- und Markenpiraterie, mobiles Bezahlen und so weiter.
1. Forschungsstand
Die Vereinigten Staaten sind ein aktiver Förderer der Anwendung von RFID-Aufklebern, die weltweit führend im Bereich RFID-Standard-Einrichtung ist, Software- und Hardware-Technologieentwicklung und -anwendung. Europäische RFID-Standards folgen dem EPCglobal-Standard der Vereinigten Staaten. Die Forschung und Entwicklung von RFID in europäischen und amerikanischen Ländern konzentriert sich vor allem auf, Chipherstellung, Lesegerätefertigung und Systemintegration. China ist der weltweit größte Anbieter von RFID-Aufklebern, und die Gesamtproduktion von RFID-Aufklebern 60% der Welt. Speziell für Hochfrequenz-RFID-Aufkleber, China hat im Grunde alle Lokalisierung von Chips zu Antennen realisiert.
Der Hauptengpass bei der Popularisierung des RFID-Systems ist der Preis, Größe und Umweltanpassungsfähigkeit von RFID-Aufklebern. Zur Zeit, RFID-Aufkleber wird nach Kupferdrahtwicklungsverfahren und Aluminiumfolienätzverfahren hergestellt, und Keramik-Sinter-Methode wird im Wesentlichen verwendet. Die häufigsten Probleme sind wie folgt::
(1) Umweltverschmutzung;
(2) Das Etikettensubstrat ist single und sein Anwendungsfeld ist begrenzt;
(3) Die Fertigungseffizienz ist gering;
(4) Die Etikettengröße ist groß;
(5) Hohe Kosten;
(6) Die Fertigungsgenauigkeit ist gering.
In den letzten Jahren, viele Forschungseinrichtungen im In- und Ausland glauben, dass Siebdruck RFID-Aufkleber mit leitfähiger Silberpaste ist die effektivste Technologie, um niedrige Kosten zu erreichen, Miniaturisierung, hohe Präzision, starke Anpassungsfähigkeit und Großserienfertigung. Obwohl sich die Drucktechnik im Bereich der Bildwiedergabe durch hohe, hohe Effizienz, feine Linien und präziser Aufdruck, aufgrund der schlechten Leitfähigkeit leitfähiger Silberpaste und der, nur hohe Silbergehalt leitfähige Silberpaste und niedrige Drahtzahl Bildschirm verwendet werden kann verwendet werden, die von Dutzenden von Faktoren wie der Farbviskosität, Erweiterbarkeit, Flüssigkeit, Abkratzdruck, Bildschirmdehnung und Bildschirmdrahtinterferenzen, Die gedruckte RFID-Aufkleberdrahtstrukturverformung, grobe Grenze, Kurzschluss und offener Kreislauf, die tatsächliche Strahlungseffizienz und die theoretische Strahlungseffizienz sind sehr unterschiedlich. Um es zusammenzufassen, auf der einen Seite, die Nachfrage des MARKTES für elektronische Etiketten rfiden immer stärker. Auf der anderen Seite, RFID-Technologie zur Herstellung elektronischer Tags hat immer noch Probleme wie geringe Effizienz, hohe Kosten, Umweltverschmutzung, Einzelsubstrat, etc.. der Markt braucht neue Fertigungstechnologie, um den Widerspruch zwischen Angebot und Nachfrage zu durchbrechen.
1.1 Trend- und Nachfrageanalyse
Mit der erfolgreichen Entwicklung von Graphenmaterialien mit hoher Leitfähigkeit von Sir Andre Haim und Sir Konstantin Novo Seaan Love, Nobelpreisträger der Manchester University in Großbritannien, der Rückgang des Graphenpreises und die Verbesserung der Produktqualität stimulieren die Anwendungsforschung nachgelagerter Produkte erheblich, wie z. B. verschiedene Arten von Graphen-Elektronikprodukten wie leitfähige Leitungen, Sensoren, medizinische Monitore, etc.. Aufgrund der mikrotopologischen Struktur von Graphen, es hat eine hohe Leitfähigkeit. Der leitfähige Mechanismus von Graphen unterscheidet sich von dem von Silberpartikeln.
1.2 Vorteile
Es gibt zwei Vorteile bei der Herstellung von gefüllter, leitfähiger Verbundpaste durch Pulverieren von Graphen
(1) Starke Kompatibilität. Graphenpaste kann auf fast allen Substraten wie Kunststofffolie gedruckt werden, Papier, Keramik, Baumwolltuch, Holz, etc..
(2) Hohe Kostenleistung. Im Vergleich zur bestehenden leitfähigen Silberpaste, Graphenschlämme hat eine bessere Leitfähigkeit und einen höheren Kostenvorteil. Mit der Entwicklung der Graphenproduktionstechnologie und der Kostensenkung, Graphen leitfähige Paste wird nach und nach den Marktanteil einnehmen. Es wird geschätzt, dass die Marktskala von Graphen im leitfähigen Pastenfeld 200 Millionen Yuan von 2020.
Zur Zeit, einige ausländische RFID-Systemhersteller haben den Druck von RFID-Elektronik mit Graphenpaste wieder aufgenommen
Forschung zu Schlüsseltechnologien und Industrialisierung von Etiketten, wie bgtmaterials Limited (BGTM) im Vereinigten Königreich.
Jedoch, es gibt keine anderen inländischen Unternehmen, die industrielle Forschung und Entwicklung dieser Technologie durchführen.
Zur Zeit, Chinas Graphen-Produktionskapazität wächst rasant, und es gibt viele große Graphenhersteller. Zum Beispiel, Ningbo Moxi Technology Co., Ltd., Chongqing mohi Technology Co., Ltd., HONGNA New Material Technology Co., Ltd., Jinan Moxi New Material Technology Co., Ltd., Suzhou gerifeng Nano Technology Co., Ltd., Nanjing Xianfeng Nano Technology Co., Ltd., Changzhou 2D Carbon Technology Co., Ltd., die alle produzieren können 100 Tonnen Graphen pro Jahr.
Laut dem Forschungsbericht über die Marktaussichten und Investitionsmöglichkeiten der chinesischen Internet-of-Things-Industrie in 2017-2022 veröffentlicht vom China Business Industry Research Institute, das Ausmaß des chinesischen RFID-Marktes wird 60 Milliarden Yuan in 2018.
Auf dieser Grundlage, durch Die Analyse der Leistungsparameter von RFID-Aufklebern, Optimierung der Bedruckbarkeit von graphenleitfähiger Paste, und Anwendung der Tiefdrucktechnologie, die neue RFID-Aufkleber-Fertigungstechnologie mit grünem Umweltschutz, Massenproduktion, hohe Effizienz, und hohe Qualität, kostengünstig und für verschiedene Substrate geeignet ist zum unvermeidlichen Entwicklungstrend der Industrie geworden.
2 Projektforschungsmethoden
2.1 Vorbereitung, Modulation und Dispersionssteuerung von graphenleitfähiger Paste
Aufgrund des unterschiedlichen Aussehens und der leitfähigen Eigenschaften von Graphen und leitfähigem Silberpulver, die Formulierung und der Prozess der leitfähigen Paste auf Graphenbasis. Die Hydrophobie von Graphen kann Graphen Nano Meter
2.1 Vorbereitung, Modulation und Dispersionssteuerung von graphenleitfähiger Paste
Aufgrund des unterschiedlichen Aussehens und der leitfähigen Eigenschaften von Graphen und leitfähigem Silberpulver, die Formulierung und der Prozess der leitfähigen Paste auf Graphenbasis. Die Hydrophobie von Graphen macht es einfach, durch starke van der Waals Kraft zu agglomerieren. Das effektive Lösungsmittel kann die Aggregation von Graphen verhindern und es zu einer stabilen Graphendispersion machen. Die idealen Lösungsmittel sind N-Methylpyrrolidon (Nmp) und Dimethylformamid (Dmf). In diesem Projekt, wir planen, DMF zu verwenden / NMP als Lösungsmittel zur Dispergieren von Graphen durch Zugabe von Stabilisator (wie Ethylcellulose) in der Graphen-Gülleformel, um das Problem zu lösen, dass Graphenpulver leicht zu agglomerieren und schwer zu dispergieren ist. Die Partikelgröße und Dispersion von Graphenschlämmen wurden mit einem Laserpartikelgrößenanalysator gemessen, um die Dispersion von Graphenschlämmen zu gewährleisten..
Hinzufügen von UV-Initiatoren, lichtempfindliches Harz und andere Komponenten in graphenleitfähige Paste, und Optimierung des Mischungsverhältnisses, die leitfähige Graphenpaste kann unter ultraviolettem Licht schnell verfestigt werden, Reduzierung der Trocknungstemperatur des gedruckten RFID-Elektronik-Tags, Verkürzung der Trocknungszeit, Verbesserung der Produktionseffizienz, und kann RFID-elektronische Tags auf verschiedenen Substraten wie Papier drucken, Kunststofffolie, Seide und so weiter. Die Viskosität, Viskosität, Flüssigkeit, Oberflächenspannung, Trockenheit, Thixotropen, rheologische Eigenschaft und Partikelgröße der leitfähigen Graphenpaste werden durch Änderung des Bindemittels und der Additive der Gülle moduliert. Der Viskositätsbecher oder ubbelohde Viskosometer, Gülleviskositätsmesser und Oberflächenspannung werden verwendet, um die Anforderungen des Tiefdrucks zu erfüllen.
2.2 Design der RFID-Aufkleberantenne auf Basis des graphenleitenden Pastendrucks
Die wichtigsten Parameter, die die elektrische Leistung der RFID-Aufkleberantenne beeinflussen, sind die Antennenform, Größenstruktur, Materialeigenschaften, Betriebsfrequenz, Bandbreite, Polarisationsrichtung, Richtwirkung, Gewinnen, Lappenbreite, Impedanz, Empfindlichkeit, Qualitätsfaktoren und Anwendungsumgebung, etc.. diese Parameter müssen bei der Gestaltung von RFID-Aufklebern ausbalanciert werden.
In der Simulationssoftware HFSS oder Anzeigen, Eingangsantennenleitungsbreite, Zeilenabstand, Biegegröße, Futterlücke, Futterringgröße, elektromagnetische Signalempfang und Rückkopplungsmaterialleitfähigkeit, dielektrische Konstante und andere Konstruktionsparameter für die Computersimulation, wie in Abbildung dargestellt 9, Die Computersimulation erhält den RFID-Aufkleber-Rücklaufverlust und die Energieverteilung, zur Bestimmung von Parametern für die elektrische Leistungscharakterisierung von RFID-Aufklebern, Einrichten des Datenmodells. Die Auswirkungen der leitfähigen Pastenformel und der Druckprozessparameter auf die Antennenleistung wurden untersucht. Die Wirkung der Farbfilmdicke auf den Hauteffekt und die Antennenleistung wird untersucht. Die Impedanzeigenschaften der Graphentintenschicht bei unterschiedlichen chemischen Potenzialen, insbesondere der Einfluss einer hohen Reaktion sim UHF-Band auf den Gewinn von RFID-Aufkleberantennen.
2.3 Steuerung der Tiefdruckparameter auf Basis von graphenleitfähiger Paste
Je nach Bedruckbarkeit der graphenleitenden Paste und den strukturellen Parametern des RFID-Aufklebers, der durch Computersimulation entwickelt wurde, die entsprechende Bildschirmzeilennummer, Netztiefe und Netzlochform des Tiefdruckzylinders werden, und die Tintenmenge wird berechnet und die Dicke der Güllefolie wird. Ziel verschiedener Substrate wie Papier, Kunststofffolie (wie Haustier, Pi, Cpp, Etc.), Seide und so weiter, eine Reihe von Druckprozessparametern, wie die Spannung von Wicklung und Abwickeln, Druck der Druckgummi-Aufdruckwalze, die thixotrope Viskosität von Gülle, der Kontaktwinkel des Schabers, Druckgeschwindigkeit und Positionierüberdruck, angepasst werden, um das optimale Druckprozessschema zu erhalten.
2.4 Optimierung der Farbfolientrocknungstemperatur und des Walzenpressdrucks
Da die leitfähige Tintenschicht bis zu einem gewissen Grad getrocknet und verfestigt ist, und dann mit Rolle kalenkiert, die Oberflächenmorphologie kann geändert werden, die Dichte der Tintenschicht kann erhöht werden, und die Leitfähigkeit kann stark verbessert werden. Jedoch, der gepresste Tintenfilm ist leicht zu bewirken, die Konturverstärkung und Drahtverformung. Temperatur und Zeit der leitfähigen Farbschicht im UV-Härtungskanal anpassen, Testen der Fähigkeit zur Verbesserung der Leitfähigkeit und des Farbschicht-Konturverformungsgrades, Optimierung der Aushärtungstemperatur der Tintenfolie, Zeit- und Schleifdruck und andere Prozessparameter.
2.5 Analysieren und Testen der Leistung von RFID-Aufklebern
Nehmen Sie das gedruckte Musterblatt, Fügen Sie den Chip, und testen Sie seine elektrischen Leistungsparameter wie Arbeitsfrequenz, Bandbreite, Polarisationsrichtung, Richtwirkung, Gewinnen, Lappenbreite, Impedanz, Bandbreite des Qualitätsfaktors, Richtwirkung, Gewinnen, Return-Verlust, Qualitätsfaktor, Empfindlichkeit und andere elektrische Leistungsparameter im Netzwerkanalysator, wie z. B. Tag-Format, und testen Sie den Leseabstand in verschiedenen Anwendungsumgebungen, überprüfen und korrigieren.
Schlussfolgerung
Durch die oben genannten Forschungsmethoden und technischen Wege, Wir hoffen, RFID-elektronische Tags mit hoher Leitfähigkeit zu erhalten und die Bedürfnisse des Internets der Dinge Industrie zu erfüllen, Realisierung der industriellen Großfertigung von RFID-Elektronik-Tags, völlig abfallfrei im Herstellungsprozess, und sorgen für einen grünen Umweltschutz. Die technische Iteration von Graphen RFID-Aufkleber wird die nächste Steckdose im Internet der Dinge Industrie werden.
