Próximo sintonizador: rótulo RFID UHF de grafeno!

Com o rápido desenvolvimento de cidade inteligente, Indústria 4.0 e Internet das coisas, há uma grande demanda por produtos de identificação inteligente RFID no mercado. Rfid (identificação de radiofrequência), também conhecida como tecnologia de identificação de radiofrequência, é uma tecnologia de aquisição automática de dados sem contato e uma das principais tecnologias da Internet das Coisas. Sua maior característica é que a velocidade de coleta de informações é rápida, não precisa do contato mecânico ou óptico, completamente completa através da tecnologia de comunicação sem fio, pode simultaneamente coletar centenas de milhares de informações de objeto em um segundo, a precisão da coleta de informações é alta. Actualmente, esta tecnologia tem sido amplamente utilizada em quase todos os campos, como o armazenamento logístico, transporte, segurança anti-falsificação, pagamento móvel e assim por diante.

1. Status da pesquisa

Os Estados Unidos são um promotor ativo da aplicação do RFID UHF Label, que lidera o mundo no campo do estabelecimento padrão RFID, desenvolvimento e aplicação de tecnologia de software e hardware. Os padrões europeus de RFID seguem o padrão EPCglobal liderado pelos Estados Unidos. A pesquisa e desenvolvimento do RFID em países europeus e americanos é focada principalmente na definição padrão, fabricação de chips, fabricação de leitores e integração do sistema. China é o maior fornecedor mundial #8217 de rótulos RFID UHF, e a produção total de Rótulos RFID UHF contabiliza cerca de 60% do mundo. Especialmente para rótulos UHF RFID de alta frequência, A China basicamente percebeu toda a localização de chips para antenas.

O principal gargalo da popularização do sistema RFID é o preço, tamanho e adaptabilidade ambiental do rótulo RFID UHF. Actualmente, O rótulo RFID UHF é fabricado pelo método de enrolamento do fio de cobre e pelo método de gravura de papel alumínio, e o método de sinterização cerâmica é basicamente usado. Os problemas comuns são os seguintes:

(1) Poluição ambiental;

(2) O substrato de etiqueta é único e seu campo de aplicação é limitado;

(3) A eficiência de fabricação é baixa;

(4) O tamanho do rótulo é grande;

(5) Alto custo;

(6) A precisão de fabricação é baixa.

Nos últimos anos, muitas instituições de pesquisa no país e no exterior acreditam que a impressão de tela RFID UHF Label com pasta de prata condutiva é a tecnologia mais eficaz para alcançar baixo custo, Miniaturização, alta precisão, adaptabilidade forte e produção em larga escala. Embora a tecnologia de impressão no campo da reprodução de imagens seja caracterizada por alta velocidade, alta eficiência, linhas finas e superimposição precisa, devido à má condutividade da pasta de prata condutiva e à limitação do mecanismo condutor, apenas alta prata conteúdo condutivo pasta de prata e tela número de fio baixo pode ser usado, que são afetados por dezenas de fatores como a viscosidade da tinta, Extensibilidade, Fluidez, pressão de raspagem, alongamento de tela e interferência de fio de tela, A deformação da estrutura do fio RFID UHF Label impressa, fronteira áspera, curto-circuito e circuito aberto, a eficiência real da radiação e a eficiência teórica da radiação são muito diferentes. Resumindo, por um lado, a demanda do mercado de etiquetas eletrônicas RFID é cada vez mais vigorosa. Por outro lado, A tecnologia de fabricação de etiquetas eletrônicas RFID ainda tem problemas como baixa eficiência, alto custo, poluição ambiental, substrato único, etc. o mercado precisa de novas tecnologias de fabricação para romper a contradição entre demanda e oferta.

1.1 análise de tendência e demanda

Com o desenvolvimento bem sucedido de materiais de grafeno com alta condutividade por Sir Andre Haim e Sir Konstantin Novo Seaan Love, Ganhadores do Nobel da Universidade de Manchester no Reino Unido, o declínio do preço do grafeno e a melhoria da qualidade do produto estimulam muito a pesquisa de aplicação de produtos a jusante, como vários tipos de produtos eletrônicos de grafeno, como linhas condutoras, Sensores, monitores médicos, etc. Devido à estrutura micro topológica do grafeno, tem alta condutividade. O mecanismo condutor do grafeno é diferente do das partículas de prata.

1.2 Vantagens

Há duas vantagens na preparação de pasta condutora composta preenchida por pulverização de grafeno

(1) Forte compatibilidade. Pasta de grafeno pode ser impressa em quase todos os substratos, como filme plástico, Papel, Cerâmica, pano de algodão, Madeira, etc.

(2) Desempenho de alto custo. Comparado com a pasta de prata condutora existente, chorume de grafeno tem melhor condutividade e maior vantagem de custo. Com o desenvolvimento da tecnologia de produção de grafeno e a diminuição do custo, pasta condutora de grafeno ocupará gradualmente a participação de mercado. Estima-se que a escala de mercado do grafeno no campo de pasta condutora chegará 200 milhões de yuan por 2020.

Actualmente, alguns fabricantes de sistemas RFID estrangeiros reiniciaram a impressão de eletrônicos RFID com pasta de grafeno

Pesquisa sobre tecnologias-chave e industrialização de rótulos, como bgtmaterials Limited (BGTM) no Reino Unido.

No entanto, não há outras empresas nacionais para realizar pesquisa industrial e desenvolvimento desta tecnologia.

Actualmente, A capacidade de produção de grafeno da China’ está se expandindo rapidamente, e há muitos fabricantes de grafeno em grande escala. Por exemplo, 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., todos os quais podem produzir 100 toneladas de grafeno por ano.

De acordo com o Relatório de Pesquisa sobre a perspectiva de mercado e as oportunidades de investimento da china’s Internet of things industry em 2017-2022 lançado pelo China Business Industry Research Institute, a escala do mercado de RFID da China’ atingirá 60 bilhões de yuan em 2018.

Com base nisso, analisando os parâmetros de desempenho dos Rótulos RFID UHF, otimizando a impressão da pasta condutora de grafeno, e aplicando tecnologia de impressão de gravura, a nova tecnologia de fabricação de rótulos RFID UHF com proteção ambiental verde, produção em massa, alta eficiência, e alta qualidade, baixo custo e adequado para vários substratos tornou-se a tendência inevitável de desenvolvimento da indústria.

2 métodos de pesquisa de projetos

2.1 Preparação, controle de modulação e dispersão da pasta condutora do grafeno

Devido à aparência diferente e propriedades condutoras do grafeno e pó de prata condutivo, a formulação e o processo de pasta condutora com base no grafeno também são diferentes. A hidroofobidade do grafeno pode fazer o medidor de nano grafeno

2.1 Preparação, controle de modulação e dispersão da pasta condutora do grafeno

Devido à aparência diferente e propriedades condutoras do grafeno e pó de prata condutivo, a formulação e o processo de pasta condutora com base no grafeno também são diferentes. A hidroofobidade do grafeno facilita a aglomeração através da força forte van der Waals. O solvente eficaz pode evitar a agregação do grafeno e torná-lo uma dispersão estável de grafeno. Os solventes ideais são N-metilpirrrolidone (Nmp) e dimetilformamida (Dmf). Neste projeto, planejamos usar DMF / NMP como solvente para dispersar o grafeno adicionando estabilizador (como celulose etílico) na fórmula do chorume de grafeno, de modo a resolver o problema que o pó de grafeno é fácil de aglomerar e difícil de dispersar. O tamanho das partículas e a dispersão do chorume de grafeno foram medidos pelo analisador de tamanho de partículas laser para garantir a dispersão de partículas de chorume de grafeno.

Adicionando iniciador UV, resina fotossensível e outros componentes em pasta condutora de grafeno, e otimizando sua razão de mixagem, a pasta condutora do grafeno pode ser rapidamente solidificada sob luz ultravioleta, reduzir a temperatura de secagem da etiqueta eletrônica RFID impressa, encurtar o tempo de secagem, melhorar a eficiência da produção, e pode imprimir tags eletrônicas RFID em vários substratos, como papel, filme de plástico, seda e assim por diante. A viscosidade, Viscosidade, Fluidez, tensão superfície, Secura, tioxotrópico, a propriedade reológica e o tamanho das partículas da pasta condutora do grafeno são modulados alterando o fichário e os aditivos do chorume. O copo de viscosidade ou viscometro Ubbelohde, medidor de viscosidade de chorume e tensão superficial são usados para atender aos requisitos de impressão gravure.

2.2 design da antena RFID UHF Label baseada na impressão de pasta condutora de grafeno

Os principais parâmetros que afetam o desempenho elétrico da antena RFID UHF Label são a forma da antena, estrutura de tamanho, características materiais, frequência de operação, Banda, direção de polarização, Diretividade, Ganhar, largura do lobo, Impedância, Sensibilidade, fatores de qualidade e ambiente de aplicação, etc. esses parâmetros precisam ser equilibrados no design do Rótulo RFID UHF.

No software de simulação HFSS ou anúncios, largura da linha da antena de entrada, espaçamento de linha, tamanho de dobra, lacuna de alimentação, tamanho do anel de alimentação, Condutividade de materiais de recebimento e feedback de sinal eletromagnético, constante dielétrica e outros parâmetros de design para simulação de computador, como mostrado na Figura 9, a simulação de computador obtém a perda de retorno do rótulo RFID UHF e distribuição de energia, de modo a determinar os parâmetros de caracterização de desempenho elétrico rfid UHF Label, estabelecer o modelo de dados. Foram estudados os efeitos da fórmula condutora do grafeno e dos parâmetros do processo de impressão no desempenho da antena. O efeito da espessura do filme de tinta no efeito da pele e no desempenho da antena é estudado. As características de impedância da camada de tinta de grafeno em diferentes potenciais químicos, especialmente a influência da alta reada na banda UHF sobre o ganho da antena RFID UHF Label são estudadas.

2.3 controle dos parâmetros de impressão do gravão com base na pasta condutora do grafeno

De acordo com a impressão da pasta condutora de grafeno e os parâmetros estruturais do Rótulo RFID UHF projetado por simulação de computador, o número de linha de tela apropriado, profundidade de malha e forma de orifício de malha do cilindro de impressão gravura são determinados, e a quantidade de tinta é calculada e a espessura do filme de chorume é ajustada. Visando diferentes substratos, como papel, filme de plástico (como o animal de estimação, Pi, Cpp, etc.), seda e assim por diante, uma série de parâmetros de processo de impressão, como a tensão de enrolar e relaxar, a pressão de imprimir rolo de impressão de borracha, a viscosidade tioxrópica de chorume, o ângulo de contato do raspador, velocidade de impressão e superimposição de posicionamento, são ajustados para obter o esquema de processo de impressão ideal.

2.4 otimizar a temperatura de secagem do filme de tinta e a pressão do rolo

Porque a camada de tinta condutora é seca e solidificada até certo ponto, e, em seguida, calendário por rolo, a morfologia da superfície pode ser alterada, a densidade da camada de tinta pode ser aumentada, e a condutividade pode ser muito melhorada. No entanto, o filme de tinta prensada é fácil de causar a amplificação do contorno e deformação do fio. Ajuste a temperatura e o tempo da camada de tinta condutora de grafeno no canal de cura UV, testar a capacidade de melhoria da condutividade e o grau de deformação do contorno da camada de tinta, otimizar a temperatura de cura do filme de tinta, tempo e pressão de moagem e outros parâmetros de processo.

2.5 analisar e testar o desempenho do rótulo RFID UHF

Pegue a folha de amostra impressa, colar o chip, e testar seus parâmetros de desempenho elétrico, como frequência de trabalho, Banda, direção de polarização, Diretividade, Ganhar, largura do lobo, Impedância, largura de banda fator qualidade, Diretividade, Ganhar, perda de retorno, fator de qualidade, sensibilidade e outros parâmetros de desempenho elétrico no analisador de rede, como formato de tag, e testar sua distância de leitura em diferentes ambientes de aplicação, verificar e corrigir.

Conclusão

Através dos métodos de pesquisa e rotas técnicas acima, esperamos obter tags eletrônicas RFID com alta condutividade e atender às necessidades da indústria de Internet das Coisas, perceber a fabricação industrial em larga escala de etiquetas eletrônicas RFID, completamente livre de resíduos no processo de fabricação, e garantir proteção ambiental verde. A iteração técnica do rótulo RFID UHF de grafeno se tornará a próxima saída na indústria de Internet das Coisas.