Prochain accordeur: étiquette RFID UHF graphène!

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. en ce moment, 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 du label RFID UHF, 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 plus grand fournisseur mondial de labels URF #8217, et la production totale d’étiquettes UHF RFID représente environ 60% du monde. Surtout pour les étiquettes RFID UHF 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 du label RFID UHF. en ce moment, L’étiquette URID UHF est fabriquée selon la méthode d’enroulement du fil de cuivre et la méthode de gravure sur 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 instituts de recherche au pays et à l’étranger croient que la sérigraphie RFID UHF Label avec pâte d’argent conductrice est la technologie la plus efficace pour atteindre un 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 se caractérise par une vitesse élevée, Haute efficacité, lignes fines et surimpression précise, en raison de la faible conductivité de la pâte d’argent conductrice et de la limitation du mécanisme conducteur, Seule la pâte d’argent conductrice à haute teneur en argent et l’écran à faible nombre de fils peuvent être utilisées, qui sont affectés par des dizaines de facteurs tels que la viscosité de l’encre, Extensibilité, fluidité, Pression de raclage, Étirement de l’écran et interférences des fils de l’écran, La déformation de la structure du fil RFID UHF imprimée, Limite approximative, Court-circuit et circuit ouvert, L’efficacité de rayonnement réelle et l’efficacité théorique de rayonnement 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 présente encore des problèmes tels qu’une 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 l’offre et la demande.

1.1 Analyse des tendances et de la demande

Avec le développement réussi de matériaux en graphène à haute 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 en graphène tels que les lignes conductrices, Capteurs, Moniteurs médicaux, etc.. En raison de la structure microtopologique du graphène, Il a une conductivité élevée. 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 pâte conductrice composite remplie par pulvérisation de graphène

(1) Forte compatibilité. 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) Performance à coût élevé. 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 du marché du graphène dans le champ de pâte conductrice atteindra 200 millions de yuans par 2020.

en ce moment, certains fabricants étrangers de systèmes RFID ont recommencé à imprimer de l’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 mener des activités de recherche et de développement industrielles de cette technologie.

en ce moment, La capacité de production de graphène de la Chine augmente rapidement, et il existe de nombreux 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 tous produire 100 tonnes de graphène par an.

Selon le rapport de recherche sur les perspectives de marché et les opportunités d’investissement de l’industrie chinoise de l’Internet des objets en 2017-2022 publié par le China Business Industry Research Institute, l’ampleur du marché RFID chinois atteindra 60 milliards de yuans en 2018.

Sur cette base., en analysant les paramètres de performance des étiquettes RFID UHF, Optimiser l’imprimabilité de la pâte conductrice de graphène, et l’application de la technologie d’impression par héliogravure, la nouvelle technologie de fabrication RFID UHF Label avec protection environnementale verte, production de masse, Haute efficacité, et de haute qualité, faible coût et adapté à divers substrats est devenu la tendance de développement inévitable de l’industrie.

2 Méthodes de recherche du projet

2.1 préparation, MODULATION ET CONTRÔLE DE DISPERSION DE 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 rendre le graphène Nanomètre

2.1 préparation, MODULATION ET CONTRÔLE DE DISPERSION DE 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’agglomération par forte force de van der Waals. Le solvant efficace peut empêcher l’agrégation du graphène et en faire une dispersion stable du graphène. Les solvants idéaux sont la N-méthylpyrrolidone (Le) et diméthylformamide (DMF). Dans ce projet, nous prévoyons d’utiliser DMF / NMP comme solvant pour disperser le graphène en ajoutant un stabilisant (tels que l’éthylcellulose) dans la formule de boue de graphène, afin de résoudre le problème que la poudre de graphène est facile à agglomérer et difficile à disperser. La taille des particules et la dispersion de la boue de graphène ont été mesurées par un analyseur de taille de particules laser pour assurer la dispersion des particules de boue de graphène.

Ajout d’initiateur UV, Résine photosensible et autres composants dans une pâte conductrice de graphène, et l’optimisation de son taux de mélange, 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 supports tels que le papier, film plastique, soie et ainsi de suite. La viscosité, viscosité, fluidité, tension superficielle, sécheresse, thixotrope, Les propriétés rhéologiques et la taille des particules de la pâte conductrice de graphène sont modulées en changeant le liant et les additifs de la boue. La coupelle de viscosité ou viscosimètre Ubbelohde, Le viscosmètre de boue et la tension superficielle sont utilisés pour répondre aux exigences de l’impression héliogravure.

2.2 conception d’une antenne RFID UHF Label basée sur l’impression de pâte conductrice de graphène

Les principaux paramètres qui affectent les performances électriques de l’antenne RFID UHF Label sont la forme de l’antenne, Structure de taille, Caractéristiques des matériaux, Fréquence de fonctionnement, bande passante, Direction de polarisation, Directivité, gagner, largeur du lobe, impédance, sensibilité, Facteurs de qualité et environnement d’application, etc.. ces paramètres doivent être équilibrés dans la conception de l’étiquette RFID UHF.

Dans le logiciel de simulation HFSS ou annonces, Largeur de ligne de l’antenne d’entrée, interligne, Taille de flexion, Écart alimentaire, Taille de l’anneau d’alimentation, Réception de signaux électromagnétiques et rétroaction conductivité du matériau, Constante diélectrique et autres paramètres de conception pour la simulation informatique, comme le montre la figure 9, la simulation informatique permet d’obtenir la perte de retour d’étiquette RFID UHF et la distribution d’énergie, afin de déterminer les paramètres de caractérisation des performances électriques de l’étiquette RFID UHF, Établir le modèle de données. Les effets de la formule de pâte conductrice de graphène et des paramètres du procédé 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 les performances 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 haute réactance dans la bande UHF sur le gain de l’antenne RFID UHF Label sont étudiées.

2.3 Contrôle des paramètres d’impression héliogravure à base de pâte conductrice de graphène

Selon l’imprimabilité de la pâte conductrice de graphène et les paramètres structurels de RFID UHF Label conçu par simulation informatique, le numéro de ligne d’écran approprié, La profondeur du maillage et la forme du trou de maillage du cylindre d’impression héliogravure sont déterminées, et la quantité d’encre est calculée et l’épaisseur du film de boue est ajustée. Viser différents substrats tels que le papier, film plastique (tels que les animaux de compagnie, PI, .CPP, etc.), soie et ainsi de suite, une série de paramètres de processus d’impression, tels que la tension de l’enroulement et du déroulement, La pression du rouleau d’impression en caoutchouc, la viscosité thixotrope du lisier, l’angle de contact du racleur, Vitesse d’impression et positionnement de la surimpression, 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 du rouleau

Parce que la couche d’encre conductrice est séchée et solidifiée dans une certaine mesure, puis calendrier 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 pressé 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 du procédé.

2.5 analyser et tester les performances de l’étiquette RFID UHF

Prenez la feuille d’échantillon imprimée, Collez la puce, et tester ses paramètres de performance électrique tels que la fréquence de travail, bande passante, Direction de polarisation, Directivité, gagner, largeur du lobe, impédance, Bande passante du facteur de qualité, Directivité, gagner, perte de retour, Facteur de qualité, sensibilité et autres paramètres de performance électrique sur l’analyseur de 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 voies techniques ci-dessus, nous espérons obtenir des étiquettes électroniques RFID à haute conductivité et répondre aux besoins de l’industrie de l’Internet des objets, 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 du graphène RFID UHF Label deviendra le prochain débouché dans l’industrie de l’Internet des objets.