Con el rápido desarrollo de la ciudad inteligente, industria 4.0 e Internet de las cosas, hay una gran demanda de productos de identificación inteligente RFID en el mercado. RFID (identificación por radio frecuencia), también conocida como tecnología de identificación de radiofrecuencia, es una tecnología de adquisición automática de datos sin contacto y una de las tecnologías básicas del Internet de las cosas. Su característica más importante es que la velocidad de recopilación de información es rápida, no necesita el contacto mecánico o óptico, completamente completa a través de la tecnología de comunicación inalámbrica, puede recopilar simultáneamente cientos de miles de información de objetos en un segundo, la precisión de la recopilación de información es alta. En la actualidad, esta tecnología ha sido ampliamente utilizada en casi todos los campos, como el almacenamiento logístico, transporte, seguridad contra la falsificación, pago móvil y así sucesivamente.
1. Estado de investigación
Estados Unidos es un promotor activo de la aplicación de pegatina RFID, que lidera el mundo en el campo del establecimiento estándar RFID, desarrollo y aplicación de tecnología de software y hardware. Las normas RFID europeas siguen el estándar EPCglobal liderado por los Estados Unidos. La investigación y el desarrollo de RFID en los países europeos y americanos se centra principalmente en el establecimiento de, fabricación de chips, fabricación de lectores e integración de sistemas. China es el mayor proveedor mundial de pegatinas RFID, y la producción total de pegatinas RFID representa alrededor de 60% del mundo. Especialmente para pegatinas RFID de alta frecuencia, China básicamente se ha dado cuenta de toda la localización, desde chips hasta antenas.
El principal cuello de botella de popularizar el sistema RFID es el precio, tamaño y adaptabilidad ambiental de la pegatina RFID. En la actualidad, Pegatina RFID se fabrica por el método de bobinado de alambre de cobre y el método de grabado de papel de aluminio, y el método de sinterización de cerámica se utiliza básicamente. Los problemas comunes son los siguientes:
(1) Contaminación ambiental;
(2) El sustrato de la etiqueta es único y su campo de aplicación es limitado;
(3) La eficiencia de fabricación es baja;
(4) El tamaño de la etiqueta es grande;
(5) Alto costo;
(6) La precisión de fabricación es baja.
En los últimos años, muchas instituciones de investigación en el país y en el extranjero creen que la serigrafía RFID pegatina con pasta de plata conductora es la tecnología más eficaz para lograr bajo costo, Miniaturización, alta precisión, fuerte adaptabilidad y producción a gran escala. Aunque la tecnología de impresión en el campo de la reproducción de imágenes se caracteriza por, alta eficiencia, líneas finas y sobreimpresión precisa, debido a la mala conductividad de la pasta de plata conductora y la limitación del mecanismo conductor, sólo alto contenido de plata conductor de pasta de plata y pantalla de número de cable bajo se puede utilizar, que se ven afectados por docenas de factores como la viscosidad de la tinta, Extensibilidad, Fluidez, presión de raspado, estiramiento de la pantalla y interferencia de cable de pantalla, La deformación de la estructura del alambre de la etiqueta RFID impresa, límite áspero, cortocircuito y circuito abierto, la eficiencia de la radiación real y la eficiencia teórica de la radiación son muy diferentes. En resumen, por un lado, la demanda del mercado de etiquetas electrónicas RFID es cada vez más vigorosa. Por otro lado, La tecnología de fabricación de etiquetas electrónicas RFID todavía tiene problemas como baja eficiencia, alto costo, contaminación ambiental, sustrato único, etc.. el mercado necesita nueva tecnología de fabricación para romper con la contradicción entre la demanda y la oferta.
1.1 análisis de tendencias y demanda
Con el exitoso desarrollo de materiales de grafeno con alta conductividad por Sir Andre Haim y Sir Konstantin Novo Seaan Love, Premios Nobel de la Universidad de Manchester en el Reino Unido, la disminución del precio del grafeno y la mejora de la calidad del producto estimulan en gran medida la investigación de la aplicación de los productos, como varios tipos de productos electrónicos de grafeno, como líneas conductoras, Sensores, monitores médicos, etc.. Debido a la estructura micro topológica del grafeno, tiene alta conductividad. El mecanismo conductor del grafeno es diferente del de las partículas de plata.
1.2 Ventajas
Hay dos ventajas en la preparación de pasta conductora compuesta rellena mediante el polvo de grafeno
(1) Fuerte compatibilidad. La pasta de grafeno se puede imprimir en casi todos los sustratos, como la película de plástico, papel, Cerámica, tela de algodón, madera, etc..
(2) Alto rendimiento de costos. En comparación con la pasta de plata conductora existente, lodos de grafeno tiene mejor conductividad y mayor ventaja de costo. Con el desarrollo de la tecnología de producción de grafeno y la disminución de los costos, pasta conductora de grafeno ocupará gradualmente la cuota de mercado. Se estima que la escala de mercado del grafeno en el campo de la pasta conductora alcanzará 200 millones de yuanes por 2020.
En la actualidad, algunos fabricantes extranjeros de sistemas RFID han reiniciado la impresión de electrónica RFID con pasta de grafeno
Investigación sobre tecnologías clave e industrialización de etiquetas, como bgtmaterials Limited (BGTM) en el Reino Unido.
Sin embargo, no hay otras empresas nacionales para llevar a cabo la investigación industrial y el desarrollo de esta tecnología.
En la actualidad, La capacidad de producción de grafeno de China se está expandiendo rápidamente, y hay muchos fabricantes de grafeno a gran escala. Por ejemplo, Ningbo Moxi Technology Co., Ltd., Chongqing mohi Technology Co., Ltd., HONGNA Nueva Tecnología de Materiales 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., todo lo cual puede producir 100 toneladas de grafeno al año.
Según el Informe de Investigación sobre la perspectiva de mercado y las oportunidades de inversión de la industria del Internet de las cosas de China en 2017-2022 publicado por el China Business Industry Research Institute, la escala del mercado RFID de China alcanzará 60 mil millones de yuanes en 2018.
En base a esto, analizando los parámetros de rendimiento de las pegatinas RFID, optimización de la imprenta de la pasta conductora de grafeno, y la aplicación de la tecnología de impresión de huecograbado, la nueva tecnología de fabricación de pegatinas RFID con protección ambiental verde, producción en masa, alta eficiencia, y de alta calidad, bajo costo y adecuado para diversos sustratos se ha convertido en la inevitable tendencia de desarrollo de la industria.
2 métodos de investigación de proyectos
2.1 preparación, modulación y control de dispersión de la pasta conductora de grafeno
Debido a la diferente apariencia y propiedades conductivas del grafeno y el polvo de plata conductora, la formulación y el proceso de pasta conductora a base de grafeno también son diferentes. La hidrofobicidad del grafeno puede hacer que el grafeno nano metro
2.1 preparación, modulación y control de dispersión de la pasta conductora de grafeno
Debido a la diferente apariencia y propiedades conductivas del grafeno y el polvo de plata conductora, la formulación y el proceso de pasta conductora a base de grafeno también son diferentes. La hidrofobicidad del grafeno facilita la aglomeración a través de una fuerte fuerza van der Waals. El disolvente eficaz puede prevenir la agregación de grafeno y convertirlo en una dispersión estable del grafeno. Los disolventes ideales son N-metilpirrolidona (Nmp) y dimetilformamida (Dmf). En este proyecto, planeamos usar DMF / NMP como disolvente para dispersar el grafeno mediante la adición de estabilizador (como la celulosa etílica) en la fórmula de lodos de grafeno, con el fin de resolver el problema de que el polvo de grafeno es fácil de aglomerar y difícil de dispersar. El tamaño de partícula y la dispersión de los lodos de grafeno se midieron mediante un analizador de tamaño de partícula láser para garantizar la dispersión de partículas de lodo de grafeno.
Adición de iniciador UV, resina fotosensible y otros componentes en pasta conductora de grafeno, y optimizar su relación de mezcla, la pasta conductora de grafeno se puede solidificar rápidamente bajo la luz ultravioleta, reducir la temperatura de secado de la etiqueta electrónica RFID impresa, acortar el tiempo de secado, mejorar la eficiencia de la producción, y puede imprimir etiquetas electrónicas RFID en varios sustratos como papel, película de plástico, seda y así sucesivamente. La viscosidad, Viscosidad, Fluidez, Tensión superficial, Sequedad, Tixotrópico, la propiedad reológica y el tamaño de partícula de la pasta conductora de grafeno se modulan cambiando el aglutinante y los aditivos de la suspensión. La copa de viscosidad o viscosímetro Ubbelohde, el medidor de viscosidad y la tensión superficial se utilizan para cumplir con los requisitos de la impresión de huecograbado.
2.2 diseño de la antena de pegatina RFID basada en la impresión de pasta conductora de grafeno
Los principales parámetros que afectan al rendimiento eléctrico de la antena de pegatina RFID son la forma de la antena, estructura de tamaño, características materiales, frecuencia de funcionamiento, Banda, dirección de polarización, Directividad, Ganar, ancho del lóbulo, Impedancia, Sensibilidad, factores de calidad y entorno de aplicación, etc.. estos parámetros deben ser equilibrados en el diseño de la etiqueta RFID.
En el software de simulación HFSS o anuncios, ancho de la línea de la antena de entrada, Interlineado, tamaño de flexión, brecha de alimentación, tamaño del anillo de alimentación, Recepción de señal electromagnética y conductividad material de retroalimentación, constante dieléctrica y otros parámetros de diseño para la simulación por computadora, como se muestra en la figura 9, la simulación por ordenador obtiene la pérdida de retorno de la etiqueta RFID y la distribución de energía, con el fin de determinar los parámetros de caracterización del rendimiento eléctrico de la etiqueta RFID, establecer el modelo de datos. Se estudiaron los efectos de la fórmula de pasta conductora de grafeno y los parámetros del proceso de impresión en el rendimiento de la antena. Se estudia el efecto del grosor de la película de tinta en el efecto de la piel y el rendimiento de la antena. Las características de impedancia de la capa de tinta de grafeno en diferentes potenciales químicos, especialmente la influencia de la alta reactancia en la banda UHF en la ganancia de la antena de pegatina RFID se estudian.
2.3 control de los parámetros de impresión de huecograbado basados en pasta conductora de grafeno
De acuerdo con la imprenta de la pasta conductora de grafeno y los parámetros estructurales de la etiqueta RFID diseñado por simulación por ordenador, el número de línea de pantalla apropiado, profundidad de malla y forma de agujero de malla del cilindro de impresión de huecograbado se determinan, y se calcula la cantidad de tinta y se ajusta el grosor de la película de lodos. Apuntando a diferentes sustratos como el papel, película de plástico (como la mascota, Pi, Cpp, etc.), seda y así sucesivamente, una serie de parámetros del proceso de impresión, como la tensión de desarollar y desenrollar, la presión de la impresión de rodillo de impresión de goma, la viscosidad tixotrópica de los purines, el ángulo de contacto del rascador, velocidad de impresión y posicionamiento sobreimpresión, se ajustan para obtener el esquema de proceso de impresión óptimo.
2.4 optimizar la temperatura de secado de la película de tinta y la presión de prensado del rodillo
Debido a que la capa de tinta conductora se seca y se solidifica hasta cierto punto, y luego calendario por rodillo, la morfología superficial se puede cambiar, la densidad de la capa de tinta se puede aumentar, y la conductividad se puede mejorar en gran medida. Sin embargo, la película de tinta prensada es fácil de causar la amplificación del contorno y la deformación del cable. Ajuste la temperatura y el tiempo de la capa de tinta conductora de grafeno en el canal de curado UV, probar la capacidad de mejora de la conductividad y el grado de deformación del contorno de la capa de tinta, optimizar la temperatura de curado de la película de tinta, tiempo y presión de molienda y otros parámetros del proceso.
2.5 analizar y probar el rendimiento de la etiqueta RFID
Tome la hoja de muestra impresa, pegar el chip, y probar sus parámetros de rendimiento eléctrico, como la frecuencia de trabajo, Banda, dirección de polarización, Directividad, Ganar, ancho del lóbulo, Impedancia, factor de calidad ancho de banda, Directividad, Ganar, pérdida de retorno, factor de calidad, sensibilidad y otros parámetros de rendimiento eléctrico en el analizador de red, como el formato de etiqueta, y probar su distancia de lectura en diferentes entornos de aplicación, verificar y corregir.
Conclusión
A través de los métodos de investigación y las rutas técnicas, esperamos obtener etiquetas electrónicas RFID con alta conductividad y satisfacer las necesidades del Internet de las cosas industria, realizar la fabricación industrial a gran escala de etiquetas electrónicas RFID, completamente libre de residuos en el proceso de fabricación, y garantizar la protección del medio ambiente verde. La iteración técnica de la etiqueta RFID de grafeno se convertirá en el próximo punto de venta en la industria del Internet de las cosas.
