С быстрым развитием умного города, промышленность 4.0 и Интернет вещей, существует большой спрос на RFID интеллектуальных идентификационных продуктов на рынке. RFID (радиочастотная идентификация), также известен как технология радиочастотной идентификации, — бесконтактная технология автоматического сбора данных и одна из базовых технологий Интернета вещей. Его самая большая характеристика заключается в том, что скорость сбора информации высока, не нуждается в механическом или оптическом контакте, полностью дополняется с помощью технологии беспроводной связи, может одновременно собирать сотни тысяч информации об объекте за одну секунду, Точность сбора информации высокая. В настоящее время, Эта технология широко используется практически во всех сферах, например, логистическое складирование, Транспорт, Защита от подделок, Мобильный платеж и так далее.
1. Статус исследования
Соединенные Штаты являются активным сторонником применения RFID-наклеек, которая лидирует в мире в области установления стандарта RFID, Разработка и применение программно-аппаратных технологий. Европейские стандарты RFID соответствуют стандарту EPCglobal, возглавляемому Соединенными Штатами. Исследования и разработки RFID в европейских и американских странах в основном сосредоточены на установлении стандартов, Производство чипов, Производство считывателей и системная интеграция. Китай является крупнейшим в мире поставщиком RFID-наклеек, а общий объем производства RFID-наклеек составляет около 60% мира. Специально для высокочастотных RFID-наклеек, Китай в основном реализовал всю локализацию от чипов до антенн.
Основным узким местом популяризации RFID-системы является цена, размер и адаптивность RFID-наклейки к окружающей среде. В настоящее время, RFID-наклейка изготавливается методом намотки медной проволоки и методом травления алюминиевой фольги, и в основном используется метод спекания керамики. Общие проблемы заключаются в следующем:
(1) Загрязнение окружающей среды;
(2) Подложка для этикеток одинарная, и область ее применения ограничена;
(3) Эффективность производства низкая;
(4) Размер этикетки большой;
(5) Высокая стоимость;
(6) Точность изготовления низкая.
За последние несколько лет, Многие научно-исследовательские институты в стране и за рубежом считают, что трафаретная печать RFID-наклейки с токопроводящей серебряной пастой является наиболее эффективной технологией для достижения низкой стоимости, миниатюризация, Высокая точность, Сильная адаптивность и крупносерийное производство. Хотя технология печати в области воспроизведения изображений отличается высокой скоростью, Высокая эффективность, Тонкие линии и точная надпечатка, из-за плохой проводимости токопроводящей серебряной пасты и ограничения проводящего механизма, Можно использовать только проводящую серебряную пасту с высоким содержанием серебра и экран с низким номером провода, на которые влияют десятки факторов, таких как вязкость чернил, растяжимость, текучесть, Давление скребков, растяжение экрана и интерференция проводов экрана, Деформация структуры проволоки напечатанной RFID-наклейки, Грубая граница, Короткое замыкание и обрыв цепи, Фактическая эффективность излучения и теоретическая эффективность излучения сильно отличаются. Подведем итоги, С одной стороны, спрос на рынке электронных этикеток RFID становится все более и более энергичным. С другой стороны, Технология производства электронных RFID-меток по-прежнему имеет такие проблемы, как низкая эффективность, Высокая стоимость, загрязнение окружающей среды, Одиночный субстрат, и Ñ‚.д.. Рынку нужны новые производственные технологии, чтобы преодолеть противоречие между спросом и предложением.
1.1 Анализ тенденций и спроса
Благодаря успешной разработке графеновых материалов с высокой проводимостью сэром Андре Хаимом и сэром Константином Ново Сиан Лав, Нобелевские лауреаты Манчестерского университета в Великобритании, Снижение цен на графен и улучшение качества продукции значительно стимулируют прикладные исследования последующих продуктов, такие как различные виды графеновых электронных продуктов, таких как проводящие линии, Датчики, Медицинские мониторы, и Ñ‚.д.. Из-за микротопологической структуры графена, Обладает высокой проводимостью. Проводящий механизм графена отличается от проводящего механизма частиц серебра.
1.2 Преимущества
Есть два преимущества в приготовлении наполненной композитной проводящей пасты путем порошкообразного графена:
(1) Сильная совместимость. Графеновая паста может быть напечатана практически на всех подложках, таких как пластиковая пленка, Бумага, керамика, хлопчатобумажная ткань, Вуд, и Ñ‚.д..
(2) Высокая рентабельность. По сравнению с существующей токопроводящей серебряной пастой, Графеновая суспензия имеет лучшую проводимость и более высокое ценовое преимущество. С развитием технологии производства графена и снижением себестоимости, Графеновая проводящая паста будет постепенно занимать долю рынка. Подсчитано, что масштаб рынка графена в области проводящей пасты достигнет 200 млн. юаней 2020.
В настоящее время, некоторые зарубежные производители RFID-систем возобновили печать RFID-электроники графеновой пастой
Исследование ключевых технологий и индустриализации этикеток, такие как bgtmaterials Limited (БГТМ) в Великобритании.
Однако, Других отечественных компаний для проведения промышленных исследований и разработок этой технологии нет;.
В настоящее время, Мощности по производству графена в Китае быстро расширяются, И есть много крупных производителей графена. Ðапример, Нинбо Мокси Технолоджи Ко., ООО, Чунцин Мохи Технолоджи Ко., ООО, HONGNA New Material Technology Co., ООО, Цзинань Моси Новые Материальные Технологии Ко., ООО, Сучжоу Герифэн Нано Технолоджи Ко., ООО, Нанкин Сяньфэн Нано Технолоджи Ко., ООО, Чанчжоу 2D Карбон Технолоджи Ко., ООО, Все это может производить 100 тонн графена в год.
Согласно исследовательскому отчету о рыночных перспективах и инвестиционных возможностях индустрии Интернета вещей в Китае 2017-2022 выпущено Китайским научно-исследовательским институтом бизнес-индустрии, масштабы рынка RFID в Китае достигнут 60 млрд юаней в 2018.
На этой основе, путем анализа эксплуатационных параметров RFID-наклеек, Оптимизация печатаемости графеновой проводящей пасты, и применение технологии глубокой печати, новая технология производства RFID-наклеек с экологичной защитой окружающей среды, массовое производство, Высокая эффективность, и высокое качество, Низкая стоимость и пригодность для различных субстратов стали неизбежной тенденцией развития отрасли.
2 Методы исследования проекта
2.1 подготовка, Модуляция и дисперсионный контроль графеновой проводящей пасты
Из-за различного внешнего вида и проводящих свойств графена и проводящего серебряного порошка, Рецептура и процесс получения токопроводящей пасты на основе графена также различны. Гидрофобность графена может сделать графен нанометром
2.1 подготовка, Модуляция и дисперсионный контроль графеновой проводящей пасты
Из-за различного внешнего вида и проводящих свойств графена и проводящего серебряного порошка, Рецептура и процесс получения токопроводящей пасты на основе графена также различны. Гидрофобность графена позволяет легко агломерировать его за счет сильной силы Ван-дер-Ваальса. Эффективный растворитель может предотвратить агрегацию графена и сделать его стабильной дисперсией графена. Идеальными растворителями являются N-метилпирролидон (НМП) и диметилформамид (ДМФ). В этом проекте, мы планируем использовать ДМФ / NMP в качестве растворителя для диспергирования графена путем добавления стабилизатора (такие как этилцеллюлоза) в формуле графеновой суспензии, чтобы решить проблему, заключающуюся в том, что графеновый порошок легко агломерируется и его трудно диспергировать. Размер частиц и дисперсия графеновой суспензии измеряли с помощью лазерного анализатора размера частиц для обеспечения дисперсии частиц графеновой суспензии.
Добавление УФ-инициатора, светочувствительная смола и другие компоненты в графеновой проводящей пасте, и оптимизация соотношения смешивания, Графеновая проводящая паста может быстро затвердевать под ультрафиолетовым светом, снизить температуру сушки напечатанной электронной RFID-метки, сократить время высыхания, Повышение эффективности производства, и может печатать электронные метки RFID на различных подложках, таких как бумага, Полиэтиленовая пленка, шелк и так далее. Вязкость, вязкость, текучесть, поверхностное натяжение, сухость, тиксотропный, Реологические свойства и размер частиц графеновой проводящей пасты модулируются изменением связующего и добавок суспензии. Вискозиметр или вискозиметр Ubbelohde, Измеритель вязкости суспензии и поверхностное натяжение используются для удовлетворения требований глубокой печати.
2.2 проектирование RFID-стикерной антенны на основе графеновой токопроводящей пасты
Основными параметрами, влияющими на электрические характеристики антенны RFID-наклейки, являются форма антенны, Размерная структура, Характеристики материала, Рабочая частота, пропускная способность, Направление поляризации, направленность, прибыль, Ширина лепестка, импеданс, чувствительность, Факторы качества и среда применения, и Ñ‚.д.. эти параметры должны быть сбалансированы при разработке RFID-наклейки.
В программном обеспечении для моделирования HFSS или рекламе, Ширина входной антенной линии, Междустрочный интервал, Размер гибки, Кормовой зазор, Размер подающего кольца, Проводимость материала для приема электромагнитного сигнала и обратной связи, Диэлектрическая проницаемость и другие расчетные параметры для компьютерного моделирования, как показано на рисунке 9, компьютерное моделирование позволяет получить RFID-наклейку, возвратные потери и распределение энергии;, для определения параметров электрических характеристик RFID-наклейки, Создание модели данных. Изучено влияние формулы графеновой проводящей пасты и параметров процесса печати на характеристики антенны. Изучено влияние толщины чернильной пленки на скин-эффект и характеристики антенны. Импедансные характеристики слоя графеновых чернил при различных химических потенциалах, в частности, изучается влияние высокого реактивного сопротивления в диапазоне УВЧ на коэффициент усиления антенны RFID-наклейки.
2.3 Контроль параметров глубокой печати на основе графеновой проводящей пасты
В соответствии с пригодностью для печати графеновой проводящей пасты и структурными параметрами наклейки RFID, разработанной с помощью компьютерного моделирования, Соответствующий номер строки экрана, Определены глубина сетки и форма отверстия сетки цилиндра глубокой печати, и рассчитывается количество чернил и регулируется толщина суспензионной пленки. Нацеливание на различные подложки, такие как бумага, Полиэтиленовая пленка (Например, домашнее животное, ПИ, .CPP, и т.д.), шелк и так далее, Ряд параметров процесса печати, такие как натяжение намотки и размотки, Давление печатного резинового отпечатанного валика, Тиксотропная вязкость суспензии, Угол контакта скребка, Скорость печати и позиционирование наложения, настраиваются для получения оптимальной схемы процесса печати.
2.4 Оптимизация температуры высыхания чернильной пленки и давления прессования ролика
Потому что проводящий слой чернил высыхает и затвердевает до определенной степени, а затем календарь на валике, Морфология поверхности может быть изменена, Плотность слоя чернил может быть увеличена, и проводимость может быть значительно улучшена. Однако, Прессованная чернильная пленка легко вызывает усиление контура и деформацию проволоки. Отрегулируйте температуру и время слоя проводящих чернил графена в канале УФ-отверждения., Проверьте способность к улучшению проводимости и степень деформации контура красочного слоя, Оптимизируйте температуру отверждения чернильной пленки, время и давление измельчения и другие параметры процесса.
2.5 проанализировать и протестировать производительность RFID-наклейки
Возьмите распечатанный образец листа, Вставьте чип, и проверить его электрические характеристики, такие как рабочая частота, пропускная способность, Направление поляризации, направленность, прибыль, Ширина лепестка, импеданс, Коэффициент качества Пропускная способность, направленность, прибыль, Возврат убытков, Добротность, чувствительность и другие параметры электрических характеристик сетевого анализатора, такие как формат тега, и проверить расстояние считывания в различных прикладных средах, Проверка и исправление.
Заключение
С помощью вышеуказанных методов исследования и технических маршрутов, Мы надеемся получить электронные RFID-метки с высокой проводимостью и удовлетворить потребности индустрии Интернета вещей, реализовать крупномасштабное промышленное производство электронных меток RFID, Полное отсутствие отходов в производственном процессе, и обеспечить экологическую охрану окружающей среды. Техническая итерация графеновой RFID-наклейки станет следующей отдушиной в индустрии Интернета вещей.
