الموالف التالي: تسمية الجرافين UHF!
مع التطور السريع للمدينة الذكية, صناعة 4.0 وإنترنت الأشياء, هناك طلب كبير على منتجات التعرف الذكي RFID في السوق. RFID (تحديد تردد الراديو), تُعرف أيضًا باسم تقنية تعريف الترددات اللاسلكية, هي تقنية تلقائية للحصول على البيانات من دون الاتصال وإحدى التقنيات الأساسية لإنترنت الأشياء. أكبر ما يميزها هو أن سرعة جمع المعلومات سريعة, لا يحتاج إلى اتصال ميكانيكي أو بصري, يكتمل بالكامل من خلال تكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية, يمكن أن تجمع في وقت واحد مئات الآلاف من معلومات الكائن في ثانية واحدة, دقة جمع المعلومات عالية. في الوقت الحاضر, تم استخدام هذه التكنولوجيا على نطاق واسع في جميع المجالات تقريبًا, مثل التخزين اللوجستي, وسائل النقل, الأمن لمكافحة التزييف, الدفع بواسطة الهاتف النقال وهكذا.
- حالة البحث
الولايات المتحدة هي مروج نشط لتطبيق تسمية UHF, الذي يقود العالم في مجال إنشاء معايير RFID, تطوير البرمجيات وتكنولوجيا الأجهزة والتطبيقات. تتبع معايير RFID الأوروبية معيار EPCglobal بقيادة الولايات المتحدة. يركز البحث والتطوير في RFID في الدول الأوروبية والأمريكية بشكل أساسي على وضع المعايير, تصنيع الرقائق, تصنيع القارئ وتكامل النظام. الصين هي أكبر مورد في العالم لملصقات UHF, وإجمالي إنتاج تسميات UHF لحوالي 60% من العالم. خاصة بالنسبة لملصقات UHF عالية التردد, أدركت الصين بشكل أساسي كل التوطين من الرقائق إلى الهوائيات.
الاختناق الرئيسي لتعميم نظام RFID هو السعر, الحجم والتكيف البيئي لملصق UHF. في الوقت الحاضر, يتم تصنيع ملصق UHF بطريقة لف الأسلاك النحاسية وطريقة حفر رقائق الألومنيوم, ويتم استخدام طريقة التلبيد الخزفي بشكل أساسي. المشاكل الشائعة هي كما يلي:
(1) التلوث البيئي;
(2) الركيزة التسمية واحدة ومجال تطبيقه محدود;
(3) كفاءة التصنيع منخفضة;
(4) حجم الملصق كبير;
(5) التكلفة العالية;
(6) دقة التصنيع منخفضة.
في السنوات القليلة الماضية, تعتقد العديد من المؤسسات البحثية في الداخل والخارج أن ملصق UHF لطباعة الشاشة مع عجينة الفضة الموصلة هو أكثر التقنيات فعالية لتحقيق تكلفة منخفضة, التصغير, دقة عالية, القدرة على التكيف القوية والإنتاج على نطاق واسع. على الرغم من أن تقنية الطباعة في مجال استنساخ الصورة تتميز بسرعة عالية, كفاءة عالية, الخطوط الدقيقة والطباعة الفوقية الدقيقة, بسبب الموصلية السيئة لعجينة الفضة الموصلة وتحديد آلية التوصيل, يمكن استخدام فقط معجون الفضة عالي المحتوى من الفضة وشاشة عدد الأسلاك المنخفضة, التي تتأثر بعشرات العوامل مثل لزوجة الحبر, التمدد, سيولة, ضغط الكشط, تمتد الشاشة وتدخل سلك الشاشة, تشويه هيكل الأسلاك UHF المطبوع, حدود خشنة, ماس كهربائى ودائرة مفتوحة, الكفاءة الإشعاعية الفعلية وكفاءة الإشعاع النظرية مختلفة للغاية. لنلخص, على يدا واحدة, الطلب على سوق الملصقات الإلكترونية RFID أكثر قوة. من ناحية أخرى, لا تزال تقنية تصنيع البطاقات الإلكترونية RFID تعاني من مشاكل مثل الكفاءة المنخفضة, التكلفة العالية, التلوث البيئي, الركيزة واحدة, إلخ. يحتاج السوق إلى تكنولوجيا تصنيع جديدة لاختراق التناقض بين العرض والطلب.
1.1 تحليل الاتجاه والطلب
مع التطوير الناجح لمواد الجرافين مع الموصلية العالية للسير أندريه حاييم والسير كونستانتين نوفو سيان لوف, حائزون على جائزة نوبل من جامعة مانشستر في المملكة المتحدة, إن انخفاض سعر الجرافين وتحسين جودة المنتج يحفز إلى حد كبير البحث التطبيقي لمنتجات المصب, مثل أنواع مختلفة من منتجات الجرافين الإلكترونية مثل الخطوط الموصلة, أجهزة الاستشعار, مراقبين طبيين, إلخ. بسبب البنية الطوبوغرافية الدقيقة للجرافين, لديها الموصلية العالية. تختلف الآلية الموصلة للجرافين عن تلك الموجودة في جزيئات الفضة.
1.2 مزايا
هناك ميزتان في تحضير عجينة موصلة مركبة مملوءة بمسحوق الجرافين
(1) توافق قوي. يمكن طباعة معجون الجرافين على جميع الركائز تقريبًا مثل الفيلم البلاستيكي, ورقة, سيراميك, قماش قطني, خشب, إلخ.
(2) أداء عالي التكلفة. بالمقارنة مع عجينة الفضة الموصلة الموجودة, ملاط الجرافين له موصلية أفضل وميزة تكلفة أعلى. مع تطور تكنولوجيا إنتاج الجرافين وانخفاض التكلفة, عجينة موصلة الجرافين ستشغل تدريجيا حصة السوق. تشير التقديرات إلى أن نطاق السوق من الجرافين في مجال معجون موصل سيصل 200 مليون يوان بحلول 2020.
في الوقت الحاضر, بعض مصنعي أنظمة RFID الأجانب أعادوا طباعة إلكترونيات RFID بعجينة الجرافين
البحث في التقنيات الرئيسية وتصنيع الملصقات, مثل bgtmaterials Limited (BGTM) في المملكة المتحدة.
ومع ذلك, لا توجد شركات محلية أخرى لإجراء البحوث الصناعية وتطوير هذه التكنولوجيا.
في الوقت الحاضر, تتوسع قدرة إنتاج الجرافين في الصين بسرعة, وهناك العديد من مصنعي الجرافين على نطاق واسع. فمثلا, نينغبو Moxi التكنولوجيا المحدودة, Ltd., شركة تشونغتشينغ موهي للتكنولوجيا, Ltd., شركة هونغنا لتكنولوجيا المواد الجديدة, Ltd., شركة جينان موكسي لتكنولوجيا المواد الجديدة, Ltd., شركة سوتشو جيريفنغ نانو تكنولوجي, Ltd., شركة نانجينج شيانفينج نانو تكنولوجي, Ltd., Changzhou 2D Carbon Technology Co., Ltd., كلها يمكن أن تنتج 100 طن من الجرافين سنويا.
وفقًا لتقرير البحث حول آفاق السوق وفرص الاستثمار في صناعة الإنترنت في الصين 2017-2022 صدر عن معهد أبحاث صناعة الأعمال الصينية, سيصل حجم سوق RFID في الصين 60 مليار يوان في 2018.
بناء على هذا, من خلال تحليل معلمات أداء ملصقات UHF, تحسين قابلية لصق معجون موصل الجرافين, وتطبيق تكنولوجيا الطباعة بالحفر, تقنية تصنيع ملصقات UHF الجديدة مع حماية البيئة الخضراء, الإنتاج بكثافة الإنتاج بكميات ضخمة, كفاءة عالية, وجودة عالية, أصبحت منخفضة التكلفة ومناسبة لمختلف الركائز اتجاه التنمية الحتمية لهذه الصناعة.
2 طرق بحث المشروع
2.1 تجهيز, التعديل والتحكم في تشتت عجينة موصل الجرافين
بسبب المظهر المختلف والخواص الموصلة للجرافين ومسحوق الفضة موصل, كما تختلف صياغة وعملية العجينة الموصلة القائمة على الجرافين. يمكن أن يؤدي الجرافين للماء إلى جعل الجرافين نانو متر
2.1 تجهيز, التعديل والتحكم في تشتت عجينة موصل الجرافين
بسبب المظهر المختلف والخواص الموصلة للجرافين ومسحوق الفضة موصل, كما تختلف صياغة وعملية العجينة الموصلة القائمة على الجرافين. تسهل كراهية الجرافين من التكتل من خلال قوة فان دير فالس القوية. يمكن أن يمنع المذيب الفعال تراكم الجرافين ويجعله مشتتًا مستقرًا للجرافين. المذيبات المثالية هي N-methylpyrrolidone (NMP) وثنائي ميثيل فورماميد (DMF). في هذا المشروع, نخطط لاستخدام DMF / NMP كمذيب لتفريق الجرافين بإضافة المثبت (مثل إيثيل السليلوز) في صيغة ملاط الجرافين, من أجل حل المشكلة ، من السهل تكتل مسحوق الجرافين ويصعب تفريقه. تم قياس حجم الجسيمات وتشتت ملاط الجرافين بواسطة محلل حجم الجسيمات بالليزر لضمان تشتت جزيئات ملاط الجرافين.
مضيفا البادئ للأشعة فوق البنفسجية, راتنج حساس ومكونات أخرى في عجينة موصلة الجرافين, وتحسين نسبة الخلط, يمكن ترسيخ عجينة موصل الجرافين بسرعة تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية, تقليل درجة حرارة تجفيف البطاقة الإلكترونية RFID المطبوعة, تقصير وقت التجفيف, تحسين كفاءة الإنتاج, ويمكن طباعة علامات RFID الإلكترونية على ركائز مختلفة مثل الورق, فيلم بلاستيكي, الحرير وهلم جرا. اللزوجة, اللزوجة, سيولة, التوتر السطحي, جفاف, متغيرة الانسيابية, يتم تعديل الخصائص الريولوجية وحجم الجسيمات من عجينة موصل الجرافين عن طريق تغيير الموثق وإضافات الطين. كأس اللزوجة أو مقياس اللزوجة Ubbelohde, يستخدم مقياس لزوجة الطين وتوتر السطح لتلبية متطلبات الطباعة بالحفر.
2.2 تصميم هوائي تسمية UHF على أساس طباعة معجون موصل الجرافين
المعلمات الرئيسية التي تؤثر على الأداء الكهربائي لهوائي تسمية UHF هي شكل الهوائي, هيكل الحجم, الخصائص المادية, تردد التشغيل, عرض النطاق, اتجاه الاستقطاب, الاتجاهية, كسب, عرض الفص, معاوقة, حساسية, عوامل الجودة وبيئة التطبيق, إلخ. يجب أن تكون هذه المعلمات متوازنة في تصميم ملصق UHF.
في برنامج المحاكاة HFSS أو الإعلانات, عرض خط هوائي الإدخال, تباعد الأسطر, حجم الانحناء, فجوة التغذية, حجم حلقة التغذية, استقبال الإشارات الكهرومغناطيسية وتوصيل المواد, ثابت العزل ومعلمات التصميم الأخرى لمحاكاة الكمبيوتر, كما هو مبين في الشكل 9, تحصل المحاكاة الحاسوبية على خسارة إرجاع تسمية UHF وتوزيع الطاقة, وذلك لتحديد معلمات توصيف الأداء الكهربائي تسمية UHF, إنشاء نموذج البيانات. تمت دراسة آثار صيغة معجون موصل الجرافين ومعلمات عملية الطباعة على أداء الهوائي. تمت دراسة تأثير سمك طبقة الحبر على تأثير الجلد وأداء الهوائي. خصائص المعاوقة لطبقة حبر الجرافين بإمكانيات كيميائية مختلفة, لا سيما دراسة تأثير المفاعلات العالية في نطاق الموجات الديسيمترية (UHF) على كسب هوائي الملصق UHF.
2.3 التحكم في معلمات الطباعة بالحفر على أساس معجون موصل الجرافين
وفقًا لطباعة معجون موصل الجرافين والمعلمات الهيكلية لملصق UHF المصمم بواسطة محاكاة الكمبيوتر, رقم سطر الشاشة المناسب, يتم تحديد عمق شبكة وشكل ثقب شبكة اسطوانة الطباعة الحفر, ويتم حساب كمية الحبر ويتم تعديل سمك طبقة الطين. تهدف إلى ركائز مختلفة مثل الورق, فيلم بلاستيكي (مثل الحيوانات الأليفة, PI, CPP, إلخ), الحرير وهلم جرا, سلسلة من معلمات عملية الطباعة, مثل توتر اللف والتفكيك, ضغط الأسطوانة بصمة المطاط الطباعة, لزوجة الملاط متغيرة الانسيابية, زاوية الاتصال للكاشطة, سرعة الطباعة وتحديد المواقع الفوقية, يتم تعديلها للحصول على مخطط عملية الطباعة المثلى.
2.4 تحسين درجة حرارة تجفيف فيلم الحبر وضغط الضغط على الأسطوانة
لأنه يتم تجفيف طبقة الحبر الموصلة وترسيخها إلى حد معين, ثم تقويمها بواسطة الأسطوانة, يمكن تغيير مورفولوجيا السطح, يمكن زيادة كثافة طبقة الحبر, ويمكن تحسين الموصلية بشكل كبير. ومع ذلك, من السهل أن تتسبب طبقة الحبر المضغوطة في تضخيم المحيط وتشوه الأسلاك. ضبط درجة حرارة ووقت طبقة الحبر موصل الجرافين في قناة علاج الأشعة فوق البنفسجية, اختبار قدرة تحسين الموصلية ودرجة تشوه كفاف طبقة الحبر, تحسين درجة حرارة علاج فيلم الحبر, الوقت وضغط الطحن ومعلمات العملية الأخرى.
2.5 تحليل واختبار أداء تسمية UHF
خذ ورقة العينة المطبوعة, الصق الشريحة, واختبار معلمات الأداء الكهربائية مثل تردد العمل, عرض النطاق, اتجاه الاستقطاب, الاتجاهية, كسب, عرض الفص, معاوقة, عرض نطاق عامل الجودة, الاتجاهية, كسب, تعويض الخساره, عنصر الجودة, الحساسية ومعلمات الأداء الكهربائية الأخرى على محلل الشبكة مثل تنسيق العلامة, واختبار مسافة القراءة في بيئات التطبيق المختلفة, تحقق وتصحيح.
خاتمة
من خلال طرق البحث المذكورة أعلاه والطرق التقنية, نأمل الحصول على بطاقات RFID الإلكترونية ذات الموصلية العالية وتلبية احتياجات صناعة إنترنت الأشياء, تحقيق التصنيع الصناعي واسع النطاق للعلامات الإلكترونية RFID, خالية تماما من النفايات في عملية التصنيع, وضمان حماية البيئة الخضراء. سيصبح التكرار الفني لملصق الجرافين UHF المنفذ التالي في صناعة إنترنت الأشياء.
