Con il rapido sviluppo della smart city, industria 4.0 e Internet delle cose, c'è una grande domanda di prodotti di identificazione intelligente RFID sul mercato. RFID (identificazione a radiofrequenza), noto anche come tecnologia di identificazione delle radiofrequenza, è una tecnologia di acquisizione automatica dei dati senza contatto e una delle tecnologie di base dell'Internet delle cose. La sua caratteristica più grande è che la velocità di raccolta delle informazioni è veloce, non ha bisogno del contatto meccanico o ottico, completa completamente attraverso la tecnologia di comunicazione wireless, può raccogliere simultaneamente centinaia di migliaia di informazioni sugli oggetti in un secondo, la precisione della raccolta delle informazioni è elevata. Allo stato attuale, questa tecnologia è stata ampiamente utilizzata in quasi tutti i campi, come il magazzino logistico, trasporto, sicurezza anti-contraffazione, pagamento mobile e così via.
1. Stato della ricerca
Gli Stati Uniti sono un promotore attivo dell'applicazione dell'adesivo RFID, che guida il mondo nel campo dell'istituzione standard RFID, sviluppo e applicazione di tecnologie software e hardware. Gli standard RFID europei seguono lo standard EPCglobal guidato dagli Stati Uniti. La ricerca e lo sviluppo della RFID nei paesi europei e americani si concentra principalmente sull'impostazione standard, produzione di chip, produzione di lettori e integrazione dei sistemi. La Cina è il più grande fornitore al mondo di adesivi RFID, e la produzione totale di adesivi RFID rappresenta circa 60% del mondo. Soprattutto per gli adesivi RFID ad alta frequenza, La Cina ha sostanzialmente realizzato tutta la localizzazione dai chip alle antenne.
Il principale collo di bottiglia della disdetta sistema RFID è il prezzo, dimensioni e adattabilità ambientale dell'adesivo RFID. Allo stato attuale, L'adesivo RFID è prodotto con metodo di avvolgimento del filo di rame e metodo di incisione della lamina di alluminio, e il metodo di sintering ceramica è fondamentalmente usato. I problemi comuni sono i seguenti::
(1) Inquinamento ambientale;
(2) Il substrato etichetta è singolo e il suo campo di applicazione è limitato;
(3) L'efficienza produttiva è bassa;
(4) La dimensione dell'etichetta è grande;
(5) Costo elevato;
(6) La precisione di produzione è bassa.
Negli ultimi anni, molti istituti di ricerca in patria e all'estero ritengono che la stampa su schermo adesivo RFID con pasta d'argento conduttiva sia la tecnologia più efficace per raggiungere costi bassi, Miniaturizzazione, alta precisione, forte adattabilità e produzione su larga scala. Sebbene la tecnologia di stampa nel campo della riproduzione delle immagini sia caratterizzata da, alta efficienza, linee sottili e sovrastampa accurata, a causa della scarsa conduttività della pasta d'argento conduttiva e della limitazione del meccanismo conduttivo, solo alto contenuto d'argento conduttivo pasta d'argento e basso filo schermo numero può essere utilizzato, che sono influenzati da decine di fattori come la viscosità dell'inchiostro, Estensibilità, Fluidità, pressione raschiando, allungamento dello schermo e interferenza del filo dello schermo, Deformazione della struttura del filo adesivo RFID stampato, contorno di sgrossatura, cortocircuito e circuito aperto, l'effettiva efficienza delle radiazioni e l'efficienza teorica delle radiazioni sono molto diverse. Per riassumere, da un lato, la domanda del mercato delle etichette elettroniche RFID è sempre più vigorosa. D'altra parte, La tecnologia di produzione di tag elettronici RFID presenta ancora problemi come la bassa efficienza, costo elevato, inquinamento ambientale, singolo substrato, ecc. il mercato ha bisogno di nuove tecnologie di produzione per sfondare la contraddizione tra domanda e offerta.
1.1 analisi dell'andamento e della domanda
Con il successo dello sviluppo di materiali di grafene con elevata conduttività di Sir Andre Haim e Sir Konstantin Novo Seaan Love, Premi Nobel dell'Università di Manchester nel Regno Unito, il calo del prezzo del grafene e il miglioramento della qualità del prodotto stimolano notevolmente la ricerca applicativa dei prodotti a valle, come vari tipi di prodotti elettronici al grafene come le linee conduttive, Sensori, monitor medici, ecc. A causa della struttura microtologica del grafene, ha un'elevata conduttività. Il meccanismo conduttivo del grafene è diverso da quello delle particelle d'argento.
1.2 Vantaggi
Ci sono due vantaggi nella preparazione della pasta conduttiva composita riempita polveriante
(1) Forte compatibilità. La pasta di grafene può essere stampata su quasi tutti i substrati come la pellicola di plastica, carta, Ceramica, panno di cotone, legno, ecc.
(2) Prestazioni ad alto costo. Rispetto alla pasta d'argento conduttiva esistente, liquami di grafene ha una migliore conduttività e un maggiore vantaggio in termini di costi. Con lo sviluppo della tecnologia di produzione di grafene e la diminuzione dei costi, pasta conduttiva grafene gradualmente occupare la quota di mercato. Si stima che la scala di mercato del grafene nel campo della pasta conduttiva raggiungerà 200 milioni di yuan da 2020.
Allo stato attuale, alcuni produttori di sistemi RFID stranieri hanno riavviato la stampa di elettronica RFID con pasta di grafene
Ricerca sulle tecnologie chiave e sull'industrializzazione delle etichette, come bgtmaterials Limited (BGTM) nel Regno Unito.
però, non ci sono altre aziende nazionali per svolgere la ricerca industriale e lo sviluppo di questa tecnologia.
Allo stato attuale, La capacità di produzione di grafene in Cina è in rapida espansione, e ci sono molti produttori di grafene su larga scala. Per esempio, Ningbo Moxi Technology Co., Srl., Chongqing mohi Technology Co., Srl., HONGNA Nuova Tecnologia dei Materiali Co., Srl., Jinan Moxi Nuova Tecnologia dei Materiali Co., Srl., Suzhou gerifeng Nano Technology Co., Srl., Nanjing Xianfeng Nano Technology Co., Srl., Changzhou 2D Carbon Technology Co., Srl., tutti i quali possono produrre 100 tonnellate di grafene all'anno.
Secondo il rapporto di ricerca sulle prospettive di mercato e le opportunità di investimento dell'industria cinese dell'Internet of things 2017-2022 rilasciato dal China Business Industry Research Institute, la scala del mercato RFID cinese raggiungerà 60 miliardi di yuan in 2018.
Sulla base di questo, analizzando i parametri delle prestazioni degli adesivi RFID, ottimizzazione della stampabilità della pasta conduttiva al grafene, e l'applicazione della tecnologia di stampa gravure, la nuova tecnologia di produzione di adesivi RFID con protezione ambientale verde, produzione di massa, alta efficienza, e di alta qualità, basso costo e adatto a vari substrati è diventato l'inevitabile tendenza di sviluppo del settore.
2 metodi di ricerca del progetto
2.1 Preparazione, modulazione e controllo della dispersione della pasta conduttiva al grafene
A causa del diverso aspetto e delle proprietà conduttive del grafene e della polvere d'argento conduttiva, la formulazione e il processo di pasta conduttiva basata sul grafene sono anche diversi. L'idrofobicità del grafene può rendere il nanometro del grafene
2.1 Preparazione, modulazione e controllo della dispersione della pasta conduttiva al grafene
A causa del diverso aspetto e delle proprietà conduttive del grafene e della polvere d'argento conduttiva, la formulazione e il processo di pasta conduttiva basata sul grafene sono anche diversi. L'idrofobicità del grafene rende facile agglomerare attraverso la forte forza di van der Waals. Il solvente efficace può prevenire l'aggregazione del grafene e renderlo una dispersione stabile del grafene. I solventi ideali sono N-methylpyrrolidone (Nmp) e dimethylformamide (Dmf). In questo progetto, abbiamo in programma di utilizzare DMF / NMP come solvente per disperdere il grafene aggiungendo stabilizzatore (come la cellulosa etiile) nella formula liquami di grafene, in modo da risolvere il problema che la polvere di grafene è facile da agglomerare e difficile da disperdere. La dimensione delle particelle e la dispersione dei liquami di grafene sono state misurate dall'analizzatore di dimensioni delle particelle laser per garantire la dispersione delle particelle di liquame di grafene.
Aggiunta dell'iniziatore UV, resina fotosensibile e altri componenti in pasta conduttiva al grafene, e ottimizzando il suo rapporto di miscelazione, la pasta conduttiva al grafene può essere rapidamente solidificata sotto la luce ultravioletta, ridurre la temperatura di essiccazione dell'etichetta elettronica RFID stampata, accorciare il tempo di essiccazione, migliorare l'efficienza produttiva, e può stampare etichette elettroniche RFID su vari substrati come carta, pellicola di plastica, seta e così via. La viscosità, Viscosità, Fluidità, tensione superficiale, Secchezza, thixotropic, la proprietà reologica e la dimensione delle particelle della pasta conduttiva del grafene sono modulate modificando il legante e gli additivi del liquame. La coppa di viscosità o viscometro Ubbelohde, misuratore di viscosità dei liquami e tensione superficiale vengono utilizzati per soddisfare i requisiti di stampa gravure.
2.2 progettazione dell'antenna adesivo RFID basata sulla stampa di pasta conduttiva al grafene
I principali parametri che influiscono sulle prestazioni elettriche dell'antenna adesa adesa ad adesivo RFID sono la forma dell'antenna, struttura delle dimensioni, caratteristiche dei materiali, frequenza operativa, Banda, direzione di polarizzazione, Direttività, Guadagno, larghezza del lobo, Impedenza, Sensibilità, fattori di qualità e ambiente applicativo, ecc. questi parametri devono essere bilanciati nella progettazione di adesivo RFID.
Nel software di simulazione HFSS o annunci, larghezza della linea dell'antenna di ingresso, Interlinea, dimensione di piegatura, gap di alimentazione, dimensione dell'anello di alimentazione, ricezione del segnale elettromagnetico e feedback conduttività materiale, costante dielettrica e altri parametri di progettazione per la simulazione al computer, come mostrato nella figura 9, la simulazione al computer ottiene la perdita di ritorno dell'adesivo RFID e la distribuzione dell'energia, in modo da determinare i parametri di caratterizzazione delle prestazioni elettriche dell'adesivo RFID, stabilire il modello di dati. Sono stati studiati gli effetti della formula di incolla conduttiva del grafene e dei parametri del processo di stampa sulle prestazioni dell'antenna. Viene studiato l'effetto dello spessore della pellicola d'inchiostro sull'effetto della pelle e sulle prestazioni dell'antenna. Le caratteristiche di impedenza dello strato di inchiostro di grafene a diversi potenziali chimici, in particolare l'influenza dell'alta reazione nella banda UHF sul guadagno dell'antenna adesivo RFID sono studiati.
2.3 controllo dei parametri di stampa gravure sulla base di pasta conduttiva di grafene
Secondo la stampabilità della pasta conduttiva al grafene e i parametri strutturali dell'adesivo RFID progettati dalla simulazione al computer, il numero di riga dello schermo appropriato, profondità mesh e forma del foro mesh del cilindro di stampa gravure sono determinati, e la quantità di inchiostro viene calcolata e lo spessore della pellicola di liquami viene regolato. Mirando a diversi substrati come la carta, pellicola di plastica (come l'animale domestico, Pi, CPP, and so on.), seta e così via, una serie di parametri del processo di stampa, come la tensione di avvolgimento e distende, la pressione del rullo di impronta di gomma di stampa, la viscosità thixotropic di liquami, l'angolo di contatto del raschiatore, velocità di stampa e sovrastampa di posizionamento, vengono regolati per ottenere lo schema di processo di stampa ottimale.
2.4 ottimizzare la temperatura di essiccazione della pellicola d'inchiostro e la pressione di pressatura del rullo
Poiché lo strato di inchiostro conduttivo viene essiccato e solidificato in una certa misura, e poi calendario da rullo, la morfologia superficiale può essere modificata, la densità dello strato d'inchiostro può essere aumentata, e la conduttività può essere notevolmente migliorata. però, la pellicola d'inchiostro pressata è facile da causare l'amplificazione del contorno e la deformazione del filo. Regolare la temperatura e il tempo dello strato di inchiostro conduttivo del grafene nel canale di stagionatura UV, testare la capacità di miglioramento della conduttività e il grado di deformazione del contorno dello strato d'inchiostro, ottimizzare la temperatura di stagionazione della pellicola d'inchiostro, pressione di tempo e rettifica e altri parametri di processo.
2.5 analizzare e testare le prestazioni dell'adesivo RFID
Prendere il foglio di esempio stampato, incollare il chip, e testare i parametri delle prestazioni elettriche, come la frequenza di lavoro, Banda, direzione di polarizzazione, Direttività, Guadagno, larghezza del lobo, Impedenza, larghezza di banda del fattore di qualità, Direttività, Guadagno, perdita di ritorno, fattore di qualità, sensibilità e altri parametri delle prestazioni elettriche nell'analizzatore di rete, ad esempio il formato dei tag, e testare la sua distanza di lettura in diversi ambienti applicativi, verificare e correggere.
Conclusione
Attraverso i metodi di ricerca di cui sopra e percorsi tecnici, speriamo di ottenere etichette elettroniche RFID con elevata conduttività e soddisfare le esigenze dell'industria dell'Internet delle cose, realizzare la produzione industriale su larga scala di etichette elettroniche RFID, completamente privo di rifiuti nel processo di produzione, e garantire la protezione ambientale verde. L'iterazione tecnica dell'adesivo RFID al grafene diventerà il prossimo sbocco nell'industria dell'Internet delle cose.
