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下一个风口:石墨烯RFID电子标签! (快速发展催生了市场对RFID (智慧城市, 工业4.0, 物联网), 1 国内外研究现状…
下一个风口:石墨烯RFID电子标签!
快速发展催生了市场对RFID
智慧城市
工业4.0
物联网
1 国内外研究现状
电子标签应用的积极推动者
美国
主导的EPCglobal 标准
欧美国家
主要研究发展
集中于标准制定
芯片制造
阅读器制造
系统集成
中國
全球最大的RFID 电子标签供应商
标签生产总量约占全球60% 左右
基本实现
芯片到天线的全部国产化
普及瓶颈
瓶颈
尺寸
环境适应性
普遍使用
中國
铝箔蚀刻法
共通的问题
污染环境
市场亟需新型的制造技术来突破需求与供应之间的矛盾
标签底材单一,应用领域受限
制造效率低
标签尺寸大
成本偏高
制造精度低
铜导线绕制法
國外
基本使用陶瓷烧结法
全球众多研究机构认为用导电银浆丝网印刷制造RFID 电子标签
(優勢)实现标签
低成本
小型化
高精度
适应性强
大规模生产
(弱勢虽然图象复制领域
印刷技术速度快
但是
由于导电银浆导电性差以及导电机理的限制
只能
采用高银含量的导电银浆
低网线数的丝网网版
受油墨黏度
延展性
流动性
刮印压力
网版拉伸
网线干扰
所印制标签
导线结构变形
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边界粗糙
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短路断路
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辐射效率与理论辐射效率相差很大
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效率高
线条精细
套印准确
1.1 趋势和需求分析
英国曼彻斯特大学
诺贝尔获奖
康斯坦丁
安德烈
研发了高导电性能的石墨烯
石墨烯
价格的下降
刺激下游产品的应用研究
产品质量的提高
具有微观拓扑结构,使之具备高导电性能,其导电机理与金属银微粒的导电机理不同。
1.2 优势
石墨烯粉末化→填充型复合导电浆料
(2)性价比高。与现有的导电银浆相比,石墨烯浆料具有更好的导电性能和较大的成本优势。随着石墨烯生产技术不断成熟、成本不断降低,石墨烯导电浆料将逐渐占据市场份额。
(1)兼容性强。石墨烯浆料可在塑料薄膜、纸张、陶瓷、棉布、木材等几乎所有基材上实现
应用凹版印刷
2 项目研究方法
2.1 石墨烯导电浆料的浆料配制
、调制及其分散性调控
石墨烯特性(外观/导电特性)≠
导电银粉(外观/导电特性)
截然不同:
基底的导电浆料的配方、制程工艺
疏水性会使石墨烯 纳米片
极易通过强烈的 范德华力 产生团聚
理想的溶剂阻止团聚
N- 甲基吡咯烷酮(NMP)
二甲基甲酰胺(DMF)
配方中增加稳定剂(如乙基纤维素等)的方法分散石墨烯
采用激光粒度仪 测试浆料的颗粒度及其分散度,保证石墨烯浆料颗粒的分散性。
石墨烯导电浆料中加入紫外引发剂、
光敏树脂等组分,优化其混合比例
使石墨烯导电浆料
能在紫外光下快速固化
降低印刷后RFID 电子标签的干燥温度,缩短干燥时间
改变浆料的连接料和助剂
调制石墨烯导电浆料的
粘度
利用黏度杯或乌氏粘度计、浆料粘性仪、表面张满足凹版印刷的要求
黏性
流动性
表面张力
干燥性
触变性
流变性
颗粒度等印刷适性
2.2 基于石墨烯导电浆料印刷的RFID电子标签天线设计
影响RFID 电子标签天线电学性能的主要参数有
天线形状
尺寸结构
材料特性
工作频率
频带宽度
极化方向
方向性
增益
波瓣宽度
阻抗
灵敏度
品质因素和应用环境
在仿真软件HFSS 或ADS
中输入天线线宽、线间距、弯折尺寸、馈电间隙、馈电环大小、电磁信号接收及反馈材料电导率、电介质介电常数等设计参数,进行计算机仿真模拟
所示为计算机仿真模拟获得UHF RFID电子标签 回波损耗 及 能量分布 情况,从而确定RFID 电子标签 电学性能 表征参数,建立数据模型。研究石墨烯导电浆料配方以及印制工艺参数对天线性能的影响。研究墨膜厚度对于趋肤效应的影响以及天线性能的影响。通过研究石墨烯墨层在不同化学势时的阻抗特性,尤其是超高频频段的高电抗特性对RFID 电子标签天线增益的影响。
2.3 基于石墨烯导电浆料的凹版印刷参数的调控
3 结语