Nächster Tuner: Graphen-UHF-Label!
Mit der rasanten Entwicklung von Smart City, Industrie 4.0 und Internet der Dinge, Auf dem Markt besteht eine große Nachfrage nach intelligenten RFID-Identifikationsprodukten. RFID (Radiofrequenz-Identifikation), auch als Radiofrequenz-Identifikationstechnologie bekannt, ist eine berührungslose automatische Datenerfassungstechnologie und eine der Kerntechnologien des Internet der Dinge. Das größte Merkmal ist, dass die Geschwindigkeit der Informationserfassung schnell ist, benötigt weder den mechanischen noch den optischen Kontakt, vollständig durch die drahtlose Kommunikationstechnologie vervollständigt, kann gleichzeitig Hunderttausende von Objektinformationen in einer Sekunde sammeln, Die Genauigkeit der Informationssammlung ist hoch. Momentan, Diese Technologie ist in fast allen Bereichen weit verbreitet, wie Logistiklager, Transport, Sicherheitsfälschung, Mobile Payment und so weiter.
- Forschungsstatus
Die Vereinigten Staaten sind ein aktiver Förderer der Anwendung des UHF-Labels, Das ist weltweit führend auf dem Gebiet der Einrichtung von RFID-Standards, Entwicklung und Anwendung von Software- und Hardwaretechnologien. Europäische RFID-Standards folgen dem von den USA geleiteten EPCglobal-Standard. Die Forschung und Entwicklung von RFID in europäischen und amerikanischen Ländern konzentriert sich hauptsächlich auf die Festlegung von Standards, Chipherstellung, Leserherstellung und Systemintegration. China ist der weltweit größte Anbieter von UHF-Etiketten, und die Gesamtproduktion von UHF-Etiketten macht etwa aus 60% der Welt. Speziell für hochfrequente UHF-Etiketten, China hat im Grunde alle Lokalisierungen von Chips bis zu Antennen realisiert.
Der Hauptengpass bei der Popularisierung von RFID-Systemen ist der Preis, Größe und Anpassungsfähigkeit des UHF-Etiketts an die Umwelt. Momentan, Das UHF-Etikett wird im Kupferdrahtwickelverfahren und im Aluminiumfolienätzverfahren hergestellt, und keramisches Sinterverfahren wird grundsätzlich verwendet. Die häufigsten Probleme sind wie folgt:
(1) Umweltverschmutzung;
(2) Das Markierungssubstrat ist einfach und sein Anwendungsfeld ist begrenzt;
(3) Die Herstellungseffizienz ist gering;
(4) Die Etikettengröße ist groß;
(5) Hohe Kosten;
(6) Die Herstellungsgenauigkeit ist gering.
In den letzten Jahren, Viele Forschungseinrichtungen im In- und Ausland glauben, dass das Siebdrucken von UHF-Etiketten mit leitfähiger Silberpaste die effektivste Technologie ist, um niedrige Kosten zu erzielen, Miniaturisierung, hohe Präzision, starke Anpassungsfähigkeit und Produktion in großem Maßstab. Obwohl die Drucktechnologie im Bereich der Bildwiedergabe durch hohe Geschwindigkeit gekennzeichnet ist, hohe Effizienz, feine Linien und genauer Aufdruck, aufgrund der schlechten Leitfähigkeit der leitfähigen Silberpaste und der Einschränkung des leitenden Mechanismus, Es können nur leitfähige Silberpaste mit hohem Silbergehalt und Sieb mit niedriger Drahtzahl verwendet werden, die von Dutzenden von Faktoren wie der Tintenviskosität beeinflusst werden, Erweiterbarkeit, Flüssigkeit, Kratzdruck, Bildschirmdehnung und Bildschirmdrahtstörungen, Die gedruckte Verformung der Drahtstruktur des UHF-Etiketts, raue Grenze, Kurzschluss und Unterbrechung, Die tatsächliche Strahlungseffizienz und die theoretische Strahlungseffizienz sind sehr unterschiedlich. Um zusammenzufassen, Einerseits, Die Nachfrage auf dem Markt für elektronische RFID-Etiketten wird immer größer. Auf der anderen Seite, Die Technologie zur Herstellung elektronischer RFID-Tags weist immer noch Probleme wie eine geringe Effizienz auf, Hohe Kosten, Umweltverschmutzung, einzelnes Substrat, usw. Der Markt braucht neue Fertigungstechnologien, um den Widerspruch zwischen Angebot und Nachfrage zu überwinden.
1.1 Trend- und Nachfrageanalyse
Mit der erfolgreichen Entwicklung von Graphenmaterialien mit hoher Leitfähigkeit durch Sir Andre Haim und Sir Konstantin Novo Seaan Love, Nobelpreisträger der Manchester University in Großbritannien, Der Rückgang des Graphenpreises und die Verbesserung der Produktqualität stimulieren die Anwendungsforschung für nachgeschaltete Produkte erheblich, wie verschiedene Arten von elektronischen Graphenprodukten wie leitende Leitungen, Sensoren, medizinische Monitore, usw. Aufgrund der mikrotopologischen Struktur von Graphen, es hat eine hohe Leitfähigkeit. Der Leitungsmechanismus von Graphen unterscheidet sich von dem von Silberpartikeln.
1.2 Vorteile
Die Herstellung einer gefüllten leitfähigen Verbundpaste durch Pulverisieren von Graphen bietet zwei Vorteile
(1) Starke Kompatibilität. Graphenpaste kann auf fast alle Substrate wie Kunststofffolien gedruckt werden, Papier, Keramik, Baumwollkleidung, Holz, usw.
(2) Hohe Kostenleistung. Verglichen mit der vorhandenen leitfähigen Silberpaste, Graphenaufschlämmung hat eine bessere Leitfähigkeit und einen höheren Kostenvorteil. Mit der Entwicklung der Graphenproduktionstechnologie und der Kostensenkung, Graphenleitfähige Paste wird nach und nach den Marktanteil einnehmen. Es wird geschätzt, dass der Marktumfang von Graphen im Bereich leitfähiger Pasten erreicht wird 200 Millionen Yuan von 2020.
Momentan, Einige ausländische Hersteller von RFID-Systemen haben den Druck von RFID-Elektronik mit Graphenpaste wieder aufgenommen
Forschung zu Schlüsseltechnologien und Industrialisierung von Etiketten, wie bgtmaterials Limited (BGTM) im Vereinigten Königreich.
jedoch, Es gibt keine anderen inländischen Unternehmen, die industrielle Forschung und Entwicklung dieser Technologie betreiben.
Momentan, Chinas Graphenproduktionskapazität wächst rasant, und es gibt viele große Graphenhersteller. Zum Beispiel, Ningbo Moxi Technology Co., GmbH., Chongqing Mohi Technology Co., GmbH., HONGNA New Material Technology Co., GmbH., Jinan Moxi Neue Materialtechnologie Co., GmbH., Suzhou gerifeng Nano Technology Co., GmbH., Nanjing Xianfeng Nano Technology Co., GmbH., Changzhou 2D Carbon Technology Co., GmbH., alles was produzieren kann 100 Tonnen Graphen pro Jahr.
Laut dem Forschungsbericht über die Marktaussichten und Investitionsmöglichkeiten der chinesischen Internet-of-Things-Industrie in 2017-2022 veröffentlicht vom China Business Industry Research Institute, das Ausmaß des chinesischen RFID-Marktes wird erreichen 60 Milliarden Yuan in 2018.
Basierend auf, durch Analyse der Leistungsparameter von UHF-Etiketten, Optimierung der Bedruckbarkeit von leitfähiger Graphenpaste, und Anwendung der Tiefdrucktechnologie, die neue UHF-Etikettenherstellungstechnologie mit umweltfreundlichem Umweltschutz, Massenproduktion, hohe Effizienz, und hohe Qualität, Niedrige Kosten und für verschiedene Substrate geeignet sind zum unvermeidlichen Entwicklungstrend der Branche geworden.
2 Projektforschungsmethoden
2.1 Vorbereitung, Modulation und Dispersionskontrolle der leitfähigen Graphenpaste
Aufgrund des unterschiedlichen Aussehens und der leitenden Eigenschaften von Graphen und leitfähigem Silberpulver, Die Formulierung und der Prozess der leitfähigen Paste auf Graphenbasis sind ebenfalls unterschiedlich. Die Hydrophobizität von Graphen kann Graphen-Nanometer machen
2.1 Vorbereitung, Modulation und Dispersionskontrolle der leitfähigen Graphenpaste
Aufgrund des unterschiedlichen Aussehens und der leitenden Eigenschaften von Graphen und leitfähigem Silberpulver, Die Formulierung und der Prozess der leitfähigen Paste auf Graphenbasis sind ebenfalls unterschiedlich. Die Hydrophobizität von Graphen macht es leicht, durch starke Van-der-Waals-Kraft zu agglomerieren. Das wirksame Lösungsmittel kann die Aggregation von Graphen verhindern und es zu einer stabilen Graphen-Dispersion machen. Die idealen Lösungsmittel sind N-Methylpyrrolidon (NMP) und Dimethylformamid (DMF). In diesem Projekt, Wir planen DMF zu verwenden / NMP als Lösungsmittel zum Dispergieren von Graphen durch Zugabe eines Stabilisators (wie Ethylcellulose) in der Graphenaufschlämmungsformel, um das Problem zu lösen, dass Graphenpulver leicht zu agglomerieren und schwer zu dispergieren ist. Die Partikelgröße und Dispersion der Graphenaufschlämmung wurden mit einem Laser-Partikelgrößenanalysator gemessen, um die Dispersion der Graphenaufschlämmungsteilchen sicherzustellen.
UV-Initiator hinzufügen, lichtempfindliches Harz und andere Komponenten in leitfähige Graphenpaste, und Optimieren seines Mischungsverhältnisses, Die Graphen-leitfähige Paste kann unter ultraviolettem Licht schnell verfestigt werden, Reduzieren Sie die Trocknungstemperatur des gedruckten elektronischen RFID-Tags, verkürzen Sie die Trocknungszeit, die Produktionseffizienz verbessern, und kann elektronische RFID-Tags auf verschiedenen Substraten wie Papier drucken, Plastikfolie, Seide und so weiter. Die Viskosität, Viskosität, Flüssigkeit, Oberflächenspannung, Trockenheit, thixotrop, Die rheologischen Eigenschaften und die Partikelgröße der leitfähigen Graphenpaste werden durch Ändern des Bindemittels und der Additive der Aufschlämmung moduliert. Der Viskositätsbecher oder das Ubbelohde-Viskosimeter, Aufschlämmungsviskositätsmesser und Oberflächenspannung werden verwendet, um die Anforderungen des Tiefdrucks zu erfüllen.
2.2 Design der UHF-Etikettenantenne basierend auf Graphen-Leitpastendruck
Die Hauptparameter, die die elektrische Leistung der UHF-Etikettenantenne beeinflussen, sind die Antennenform, Größenstruktur, Materialeigenschaften, Arbeitsfrequenz, Bandbreite, Polarisationsrichtung, Richtwirkung, dazugewinnen, Lappenbreite, Impedanz, Empfindlichkeit, Qualitätsfaktoren und Anwendungsumgebung, usw. Diese Parameter müssen bei der Gestaltung des UHF-Etiketts ausgewogen sein.
In der Simulationssoftware HFSS oder Anzeigen, Linienbreite der Eingangsantenne, Zeilenabstand, Biegegröße, Futterspalt, Vorschubringgröße, Empfangs- und Rückkopplungsmaterial für elektromagnetische Signale, Dielektrizitätskonstante und andere Entwurfsparameter für die Computersimulation, wie in Abbildung gezeigt 9, Die Computersimulation erhält den Rückflussverlust und die Energieverteilung des UHF-Etiketts, um die Parameter für die Charakterisierung der elektrischen Leistung des UHF-Etiketts zu bestimmen, Legen Sie das Datenmodell fest. Die Auswirkungen der Graphen-Leitpastenformel und der Druckprozessparameter auf die Antennenleistung wurden untersucht. Der Einfluss der Tintenfilmdicke auf den Hauteffekt und die Antennenleistung wird untersucht. Die Impedanzeigenschaften der Graphen-Tintenschicht bei verschiedenen chemischen Potentialen, Insbesondere wird der Einfluss einer hohen Reaktanz im UHF-Band auf den Gewinn der UHF-Markierungsantenne untersucht.
2.3 Kontrolle der Tiefdruckparameter basierend auf der leitfähigen Graphenpaste
Entsprechend der Bedruckbarkeit der leitfähigen Graphenpaste und den durch Computersimulation entworfenen Strukturparametern des UHF-Etiketts, die entsprechende Bildschirmzeilennummer, Die Maschentiefe und die Maschenlochform des Tiefdruckzylinders werden bestimmt, und die Tintenmenge wird berechnet und die Dicke des Aufschlämmungsfilms wird eingestellt. Verschiedene Substrate wie Papier anvisieren, Plastikfolie (wie Haustier, PI, CPP, usw.), Seide und so weiter, eine Reihe von Druckprozessparametern, wie die Spannung des Auf- und Abwickelns, der Druck der Druckgummi-Aufdruckwalze, die thixotrope Viskosität der Aufschlämmung, der Kontaktwinkel des Abstreifers, Druckgeschwindigkeit und Positionierungsüberdruck, werden angepasst, um das optimale Druckverfahren zu erhalten.
2.4 Optimieren Sie die Trocknungstemperatur des Tintenfilms und den Walzendruck
Weil die leitfähige Tintenschicht bis zu einem gewissen Grad getrocknet und verfestigt ist, und dann per Walze kalandriert, Die Oberflächenmorphologie kann geändert werden, Die Dichte der Tintenschicht kann erhöht werden, und die Leitfähigkeit kann stark verbessert werden. jedoch, Der gepresste Tintenfilm kann leicht die Konturverstärkung und Drahtverformung verursachen. Stellen Sie die Temperatur und die Zeit der leitenden Graphen-Tintenschicht im UV-Härtungskanal ein, Testen Sie die Fähigkeit zur Verbesserung der Leitfähigkeit und den Grad der Verformung der Tintenschichtkontur, Optimieren Sie die Aushärtungstemperatur des Tintenfilms, Zeit und Schleifdruck und andere Prozessparameter.
2.5 Analysieren und testen Sie die Leistung des UHF-Labels
Nehmen Sie das gedruckte Musterblatt, Kleben Sie den Chip ein, und testen Sie die elektrischen Leistungsparameter wie die Arbeitsfrequenz, Bandbreite, Polarisationsrichtung, Richtwirkung, dazugewinnen, Lappenbreite, Impedanz, Qualitätsfaktor Bandbreite, Richtwirkung, dazugewinnen, Rückflussdämpfung, Qualitätsfaktor, Empfindlichkeit und andere elektrische Leistungsparameter auf dem Netzwerkanalysator, z. B. das Tag-Format, und testen Sie den Leseabstand in verschiedenen Anwendungsumgebungen, überprüfen und korrigieren.
Fazit
Durch die oben genannten Forschungsmethoden und technischen Wege, Wir hoffen, elektronische RFID-Tags mit hoher Leitfähigkeit zu erhalten und die Anforderungen der Internet-of-Things-Industrie zu erfüllen, realisieren die industrielle Herstellung von elektronischen RFID-Tags in großem Maßstab, völlig frei von Abfall im Herstellungsprozess, und sorgen für grünen Umweltschutz. Die technische Iteration des Graphen-UHF-Labels wird zum nächsten Absatzmarkt im Internet der Dinge.
