Avec le développement rapide de la ville intelligente, industrie 4.0 et Internet des objets, il y a une forte demande de produits d’identification intelligente RFID sur le marché. RFID (identification par radiofréquence), aussi connu sous le nom de technologie d’identification par radiofréquence, est une technologie d’acquisition automatique de données sans contact et l’une des technologies de base de l’Internet des objets. Sa plus grande caractéristique est que la vitesse de collecte d’informations est rapide, n’a pas besoin du contact mécanique ou optique, complètement par le biais de la technologie de communication sans fil, peut simultanément recueillir des centaines de milliers d’informations d’objet en une seconde, l’exactitude de la collecte d’informations est élevée. À l’heure actuelle, cette technologie a été largement utilisée dans presque tous les domaines, tels que l’entreposage logistique, transport, sécurité anti-contrefaçon, paiement mobile et ainsi de suite.
1. Statut de la recherche
Les États-Unis sont un promoteur actif de l’application d’autocollants RFID, qui mène le monde dans le domaine de l’établissement standard RFID, développement et application de technologies logicielles et matérielles. Les normes européennes RFID suivent la norme EPCglobal menée par les États-Unis. La recherche et le développement de la RFID dans les pays européens et américains se concentrent principalement sur l’établissement de normes, fabrication de puces, fabrication de lecteurs et intégration de systèmes. La Chine est le premier fournisseur mondial d’autocollants RFID, et la production totale d’autocollants RFID représente environ 60% du monde. Surtout pour les autocollants RFID haute fréquence, La Chine a essentiellement réalisé toute la localisation des puces aux antennes.
Le principal goulot d’étranglement de la popularisation du système RFID est le prix, taille et adaptabilité environnementale de l’autocollant RFID. À l’heure actuelle, L’autocollant RFID est fabriqué par la méthode d’enroulement de fil de cuivre et la méthode de gravure de papier d’aluminium, et la méthode de frittage en céramique est essentiellement utilisé. Les problèmes communs sont les suivants:
(1) Pollution de l’environnement;
(2) Le substrat d’étiquette est unique et son champ d’application est limité;
(3) L’efficacité de fabrication est faible;
(4) La taille de l’étiquette est grande;
(5) Coût élevé;
(6) La précision de fabrication est faible.
Au cours des dernières années,, de nombreux établissements de recherche au pays et à l’étranger croient que l’écran d’impression autocollant RFID avec pâte d’argent conductrice est la technologie la plus efficace pour atteindre le faible coût, Miniaturisation, haute précision, forte adaptabilité et production à grande échelle. Bien que la technologie d’impression dans le domaine de la reproduction d’images soit caractérisée par, haute efficacité, les lignes fines et la surimpression précise, en raison de la mauvaise conductivité de la pâte d’argent conductrice et de la limitation du mécanisme conducteur, seule la pâte argentée à teneur élevée et l’écran de faible numéro de fil peuvent être utilisées, qui sont affectés par des dizaines de facteurs tels que la viscosité de l’encre, Extensibilité, Fluidité, la pression de grattage, étirement de l’écran et interférence du fil d’écran, Déformation imprimée de la structure du fil d’autocollant RFID, limite rugueuse, court-circuit et circuit ouvert, l’efficacité réelle du rayonnement et l’efficacité théorique des radiations sont très différentes. Pour résumer, d’une part, la demande du marché des étiquettes électroniques RFID est de plus en plus vigoureuse. D'un autre côté, La technologie de fabrication d’étiquettes électroniques RFID pose encore des problèmes tels que la faible efficacité, coût élevé, pollution de l’environnement, substrat unique, etc.. le marché a besoin de nouvelles technologies de fabrication pour briser la contradiction entre la demande et l’offre.
1.1 analyse des tendances et de la demande
Avec le développement réussi de matériaux de graphène avec une forte conductivité par Sir Andre Haim et Sir Konstantin Novo Seaan Love, Lauréats du prix Nobel de l’Université de Manchester au Royaume-Uni, la baisse du prix du graphène et l’amélioration de la qualité des produits stimulent grandement la recherche d’application des produits en aval, tels que divers types de produits électroniques de graphène tels que les lignes conductrices, Capteurs, moniteurs médicaux, etc.. En raison de la structure micro topologique du graphène, il a une forte conductivité. Le mécanisme conducteur du graphène est différent de celui des particules d’argent.
1.2 Avantages
Il y a deux avantages dans la préparation de la pâte conductrice composite remplie par la poudre de graphène
(1) Compatibilité forte. La pâte de graphène peut être imprimée sur presque tous les substrats tels que le film plastique, papier, Céramique, tissu de coton, bois, etc..
(2) Performances coûteuses. Par rapport à la pâte d’argent conductrice existante, la boue de graphène a une meilleure conductivité et un avantage de coût plus élevé. Avec le développement de la technologie de production de graphène et la diminution des coûts, la pâte conductrice de graphène occupera progressivement la part de marché. On estime que l’échelle de marché du graphène dans le champ de pâte conductrice 200 millions de yuans par 2020.
À l’heure actuelle, certains fabricants étrangers de systèmes RFID ont redémarré l’impression d’électronique RFID avec de la pâte de graphène
Recherche sur les technologies clés et industrialisation des étiquettes, tels que bgtmaterials Limited (BGTM) au Royaume-Uni.
Cependant, il n’y a pas d’autres entreprises nationales pour effectuer la recherche industrielle et le développement de cette technologie.
À l’heure actuelle, La capacité de production de graphène de la Chine augmente rapidement, et il ya beaucoup de fabricants de graphène à grande échelle. Par exemple, 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., qui peuvent produire 100 tonnes de graphène par an.
Selon le Rapport de recherche sur les perspectives de marché et les possibilités d’investissement de l’industrie chinoise de l’Internet des objets 2017-2022 publié par le China Business Industry Research Institute, l’ampleur du marché chinois de la RFID atteindra 60 milliards de yuans en 2018.
Sur cette base, en analysant les paramètres de performance des autocollants RFID, optimiser l’imprimabilité de la pâte conductrice de graphène, et l’application de la technologie d’impression de gravure, la nouvelle technologie de fabrication d’autocollants RFID avec protection de l’environnement verte, production de masse, haute efficacité, et de haute qualité, faible coût et adapté à divers substrats est devenu la tendance inévitable de développement de l’industrie.
2 méthodes de recherche de projet
2.1 préparation, contrôle de modulation et de dispersion de la pâte conductrice de graphène
En raison de l’apparence différente et des propriétés conductrices du graphène et de la poudre d’argent conductrice, la formulation et le processus de pâte conductrice à base de graphène sont également différents. L’hydrophobicité du graphène peut faire du graphène Nano mètre
2.1 préparation, contrôle de modulation et de dispersion de la pâte conductrice de graphène
En raison de l’apparence différente et des propriétés conductrices du graphène et de la poudre d’argent conductrice, la formulation et le processus de pâte conductrice à base de graphène sont également différents. L’hydrophobicité du graphène facilite l’agglomérate grâce à une forte force de van der Waals. Le solvant efficace peut prévenir l’agrégation du graphène et en faire une dispersion stable du graphène. Les solvants idéaux sont la N-méthylpyrrolidone (Nmp) et diméthylformamide (Dmf). Dans ce projet, nous prévoyons d’utiliser DMF / NMP comme solvant pour disperser le graphène en ajoutant un stabilisateur (comme la cellulose éthylique) dans la formule du lisier de graphène, afin de résoudre le problème que la poudre de graphène est facile à agglomérate et difficile à disperser. La taille des particules et la dispersion de la boue de graphène ont été mesurées par analyseur de taille de particules laser pour assurer la dispersion des particules de lisier de graphène.
Ajout d’un initiateur UV, résine photosensible et autres composants dans la pâte conductrice de graphène, et l’optimisation de son rapport de mixage, la pâte conductrice de graphène peut être rapidement solidifiée sous la lumière ultraviolette, réduire la température de séchage de l’étiquette électronique RFID imprimée, raccourcir le temps de séchage, améliorer l’efficacité de la production, et peut imprimer des étiquettes électroniques RFID sur divers substrats tels que le papier, film plastique, soie et ainsi de suite. La viscosité, Viscosité, Fluidité, tension de surface, Sécheresse, thixotrope, la propriété rhéologique et la taille des particules de pâte conductrice de graphène sont modulées en modifiant le liant et les additifs de la boue. La tasse de viscosité ou viscomètre Ubbelohde, le mètre de viscosité de lisier et la tension de surface sont utilisés pour répondre aux exigences de l’impression de gravure.
2.2 conception de l’antenne autocollante RFID basée sur l’impression de pâte conductrice de graphène
Les principaux paramètres qui affectent les performances électriques de l’antenne autocollante RFID sont la forme de l’antenne, structure de taille, caractéristiques des matériaux, fréquence d’exploitation, Bande passante, direction de polarisation, Directivité, Gain, largeur du lobe, Impédance, Sensibilité, facteurs de qualité et environnement d’application, etc.. ces paramètres doivent être équilibrés dans la conception de l’autocollant RFID.
Dans le logiciel de simulation HFSS ou annonces, largeur de la ligne d’antenne d’entrée, Interligne, taille de flexion, écart d’alimentation, taille de l’anneau d’alimentation, conductivité des matériaux de réception et de rétroaction du signal électromagnétique, constante diélectrique et autres paramètres de conception pour la simulation informatique, comme indiqué dans figure 9, la simulation informatique obtient la perte de retour d’autocollant RFID et la distribution d’énergie, afin de déterminer les paramètres de caractérisation des performances électriques de l’autocollant RFID, établir le modèle de données. Les effets de la formule de pâte conductrice de graphène et des paramètres de processus d’impression sur les performances de l’antenne ont été étudiés. L’effet de l’épaisseur du film d’encre sur l’effet de peau et la performance de l’antenne est étudié. Les caractéristiques d’impédance de la couche d’encre de graphène à différents potentiels chimiques, en particulier l’influence de la forte réaction dans la bande UHF sur le gain de l’antenne autocollant RFID sont étudiés.
2.3 contrôle des paramètres d’impression de gravure basé sur la pâte conductrice de graphène
Selon l’imprimabilité de la pâte conductrice de graphène et les paramètres structurels de l’autocollant RFID conçus par simulation informatique, le numéro de ligne d’écran approprié, la profondeur de maille et la forme de trou de maille du cylindre d’impression de gravure sont déterminées, et la quantité d’encre est calculée et l’épaisseur du film de lisier est ajustée. Viser différents substrats tels que le papier, film plastique (tels que l’animal de compagnie, Pi, Rpc, etc.), soie et ainsi de suite, une série de paramètres de processus d’impression, comme la tension de l’enroulement et de la détente, la pression de l’impression rouleau d’empreinte en caoutchouc, la viscosité thixotrope de la boue, l’angle de contact du grattoir, vitesse d’impression et surimpression de positionnement, sont ajustés pour obtenir le schéma de processus d’impression optimal.
2.4 optimiser la température de séchage du film d’encre et la pression de pressage à rouleaux
Parce que la couche d’encre conductrice est séchée et solidifiée dans une certaine mesure, puis calendaires par rouleau, la morphologie de surface peut être modifiée, la densité de la couche d’encre peut être augmentée, et la conductivité peut être grandement améliorée. Cependant, le film d’encre pressée est facile à provoquer l’amplification du contour et la déformation du fil. Ajuster la température et le temps de la couche d’encre conductrice de graphène dans le canal de durcissement UV, tester la capacité d’amélioration de la conductivité et le degré de déformation du contour de la couche d’encre, optimiser la température de durcissement du film d’encre, temps et pression de broyage et autres paramètres de processus.
2.5 analyser et tester les performances de l’autocollant RFID
Prenez la feuille d’échantillon imprimée, coller la puce, et tester ses paramètres de performance électrique tels que la fréquence de travail, Bande passante, direction de polarisation, Directivité, Gain, largeur du lobe, Impédance, bande passante de facteur de qualité, Directivité, Gain, perte de retour, facteur de qualité, sensibilité et autres paramètres de performance électrique sur l’analyseur réseau tels que le format de balise, et tester sa distance de lecture dans différents environnements d’application, vérifier et corriger.
Conclusion
Grâce aux méthodes de recherche et aux itinéraires techniques ci-dessus, nous espérons obtenir des étiquettes électroniques RFID avec une forte conductivité et répondre aux besoins de l’Internet des objets de l’industrie, réaliser la fabrication industrielle à grande échelle d’étiquettes électroniques RFID, totalement exempt de déchets dans le processus de fabrication, et assurer la protection de l’environnement vert. L’itération technique de l’autocollant RFID graphène deviendra le prochain débouché dans l’Internet de l’industrie des objets.
