Accordatore successivo: etichetta UHF di grafene!
Con il rapido sviluppo di smart city, industria 4.0 e Internet delle cose, esiste una forte domanda di prodotti di identificazione intelligente RFID sul mercato. RFID (identificazione della frequenza radio), noto anche come tecnologia di identificazione a radiofrequenza, è una tecnologia di acquisizione automatica dei dati senza contatto e una delle tecnologie di base di Internet delle cose. La sua più grande caratteristica è che la velocità di raccolta delle informazioni è veloce, non necessita del contatto meccanico o ottico, si completa completamente attraverso la tecnologia di comunicazione wireless, può raccogliere contemporaneamente centinaia di migliaia di informazioni sugli oggetti in un secondo, l'accuratezza della raccolta delle informazioni è elevata. In questo momento, questa tecnologia è stata ampiamente utilizzata in quasi tutti i campi, come deposito logistico, mezzi di trasporto, sicurezza anti-contraffazione, pagamento mobile e così via.
- Stato della ricerca
Gli Stati Uniti sono un promotore attivo dell'applicazione dell'etichetta UHF, che guida il mondo nel campo della creazione di standard RFID, sviluppo e applicazione di tecnologie hardware e software. Gli standard europei RFID seguono lo standard EPCglobal guidato dagli Stati Uniti. La ricerca e lo sviluppo dell'RFID nei paesi europei e americani si concentra principalmente sull'impostazione standard, produzione di chip, produzione di lettori e integrazione di sistema. La Cina è il più grande fornitore al mondo di etichette UHF, e la produzione totale di etichette UHF rappresenta circa 60% del mondo. Soprattutto per le etichette UHF ad alta frequenza, La Cina ha sostanzialmente realizzato tutta la localizzazione dai chip alle antenne.
Il principale collo di bottiglia nel rendere popolare il sistema RFID è il prezzo, dimensioni e adattabilità ambientale dell'etichetta UHF. In questo momento, L'etichetta UHF è prodotta con il metodo di avvolgimento del filo di rame e il metodo di incisione del foglio di alluminio, e viene sostanzialmente utilizzato il metodo di sinterizzazione in ceramica. I problemi comuni sono i seguenti:
(1) Inquinamento ambientale;
(2) Il substrato dell'etichetta è singolo e il suo campo di applicazione è limitato;
(3) L'efficienza produttiva è bassa;
(4) La dimensione dell'etichetta è grande;
(5) Costo alto;
(6) La precisione di fabbricazione è bassa.
Negli ultimi anni, molti istituti di ricerca in patria e all'estero ritengono che la stampa serigrafica dell'etichetta UHF con pasta d'argento conduttiva sia la tecnologia più efficace per ottenere costi contenuti, miniaturizzazione, alta precisione, forte adattabilità e produzione su larga scala. Sebbene la tecnologia di stampa nel campo della riproduzione delle immagini sia caratterizzata da alta velocità, alta efficienza, linee sottili e sovrastampa accurata, a causa della scarsa conduttività della pasta d'argento conduttiva e della limitazione del meccanismo conduttivo, è possibile utilizzare solo pasta d'argento conduttiva ad alto contenuto di argento e schermo con numero di filo basso, che sono influenzati da dozzine di fattori come la viscosità dell'inchiostro, estensibilità, fluidità, pressione raschiante, allungamento dello schermo e interferenza del filo dello schermo, La deformazione della struttura del filo dell'etichetta UHF stampata, confine grezzo, corto circuito e circuito aperto, l'effettiva efficienza di radiazione e l'efficienza di radiazione teorica sono molto diverse. Per riassumere, da una parte, la domanda del mercato delle etichette elettroniche RFID è sempre più vigorosa. D'altro canto, La tecnologia di produzione di tag elettronici RFID presenta ancora problemi come la bassa efficienza, costo alto, inquinamento ambientale, substrato singolo, eccetera. il mercato ha bisogno di nuove tecnologie di produzione per superare la contraddizione tra domanda e offerta.
1.1 analisi delle tendenze e della domanda
Con lo sviluppo riuscito di materiali di grafene ad alta conducibilità di Sir Andre Haim e Sir Konstantin Novo Seaan Love, Premi Nobel dell'Università di Manchester nel Regno Unito, il calo del prezzo del grafene e il miglioramento della qualità dei prodotti stimolano notevolmente la ricerca applicativa dei prodotti a valle, come vari tipi di prodotti elettronici di grafene come linee conduttive, sensori, monitor medici, eccetera. A causa della struttura micro topologica del grafene, ha un'alta conduttività. Il meccanismo conduttivo del grafene è diverso da quello delle particelle d'argento.
1.2 vantaggi
Vi sono due vantaggi nella preparazione della pasta conduttiva composita riempita mediante polvere di grafene
(1) Forte compatibilità. La pasta di grafene può essere stampata su quasi tutti i substrati come il film plastico, carta, ceramica, Tessuto di cotone, legna, eccetera.
(2) Prestazioni ad alto costo. Rispetto alla pasta d'argento conduttiva esistente, la sospensione di grafene ha una migliore conduttività e un vantaggio di costo maggiore. Con lo sviluppo della tecnologia di produzione di grafene e la riduzione dei costi, la pasta conduttiva al grafene occuperà gradualmente la quota di mercato. Si stima che raggiungerà la scala di mercato del grafene nel campo della pasta conduttiva 200 milioni di yuan di 2020.
In questo momento, alcuni produttori stranieri di sistemi RFID hanno ricominciato a stampare l'elettronica RFID con pasta di grafene
Ricerca sulle tecnologie chiave e l'industrializzazione delle etichette, come bgtmaterials Limited (BGTM) nel Regno Unito.
però, non ci sono altre società nazionali che svolgono ricerca industriale e sviluppo di questa tecnologia.
In questo momento, La capacità di produzione cinese di grafene si sta espandendo rapidamente, e ci sono molti produttori di grafene su larga scala. Per esempio, 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., tutto ciò che può produrre 100 tonnellate di grafene all'anno.
Secondo il Rapporto di ricerca sulle prospettive di mercato e le opportunità di investimento del settore Internet delle cose in Cina 2017-2022 rilasciato dal China Business Industry Research Institute, la portata del mercato RFID cinese raggiungerà 60 miliardi di yuan in 2018.
Basato su questo, analizzando i parametri prestazionali delle etichette UHF, ottimizzazione della stampabilità della pasta conduttiva al grafene, e l'applicazione della tecnologia di stampa rotocalco, la nuova tecnologia di produzione di etichette UHF con protezione ambientale verde, produzione di massa, alta efficienza, e alta qualità, basso costo e adatto a vari substrati è diventato l'inevitabile tendenza di sviluppo del settore.
2 metodi di ricerca del progetto
2.1 preparazione, controllo di modulazione e dispersione della pasta conduttiva al grafene
A causa del diverso aspetto e delle proprietà conduttive del grafene e della polvere d'argento conduttiva, anche la formulazione e il processo di pasta conduttiva a base di grafene sono diversi. L'idrofobicità del grafene può rendere il grafene Nano meter
2.1 preparazione, controllo di modulazione e dispersione della pasta conduttiva al grafene
A causa del diverso aspetto e delle proprietà conduttive del grafene e della polvere d'argento conduttiva, anche la formulazione e il processo di pasta conduttiva a base di grafene sono diversi. L'idrofobicità del grafene facilita l'agglomerazione attraverso una forte forza di van der Waals. Il solvente efficace può impedire l'aggregazione del grafene e renderlo una dispersione di grafene stabile. I solventi ideali sono N-metilpirrolidone (NMP) e dimetilformammide (DMF). In questo progetto, prevediamo di utilizzare DMF / NMP come solvente per disperdere il grafene aggiungendo stabilizzante (come etil cellulosa) nella formula del liquame di grafene, in modo da risolvere il problema che la polvere di grafene è facile da agglomerare e difficile da disperdere. La dimensione delle particelle e la dispersione della sospensione di grafene sono state misurate dall'analizzatore laser della dimensione delle particelle per garantire la dispersione delle particelle di sospensione di grafene.
Aggiunta dell'iniziatore UV, resina fotosensibile e altri componenti in pasta conduttiva al grafene, e ottimizzando il suo rapporto di miscelazione, la pasta conduttiva di grafene può essere rapidamente solidificata alla luce ultravioletta, ridurre la temperatura di asciugatura dell'etichetta elettronica RFID stampata, abbreviare il tempo di asciugatura, migliorare l'efficienza produttiva, e può stampare etichette elettroniche RFID su vari substrati come la carta, pellicola di plastica, seta e così via. La viscosità, viscosità, fluidità, tensione superficiale, secchezza, tissotropica, la proprietà reologica e la dimensione delle particelle della pasta conduttiva al grafene sono modulate cambiando il legante e gli additivi della sospensione. La tazza di viscosità o viscosimetro Ubbelohde, misuratore di viscosità dei fanghi e tensione superficiale vengono utilizzati per soddisfare i requisiti della stampa rotocalco.
2.2 progettazione dell'antenna UHF basata sulla stampa di pasta conduttiva al grafene
I parametri principali che influenzano le prestazioni elettriche dell'antenna UHF sono la forma dell'antenna, struttura dimensionale, caratteristiche del materiale, frequenza operativa, la larghezza di banda, direzione di polarizzazione, direttività, guadagno, larghezza del lobo, impedenza, sensibilità, fattori di qualità e ambiente di applicazione, eccetera. questi parametri devono essere bilanciati nella progettazione dell'etichetta UHF.
Nel software di simulazione HFSS o pubblicità, larghezza della linea dell'antenna di ingresso, Interlinea, dimensione di piegatura, gap alimentare, dimensioni dell'anello di alimentazione, conducibilità del materiale di ricezione e feedback del segnale elettromagnetico, costante dielettrica e altri parametri di progettazione per la simulazione al computer, come mostrato in figura 9, la simulazione al computer ottiene la perdita di ritorno dell'etichetta UHF e la distribuzione di energia, in modo da determinare i parametri di caratterizzazione delle prestazioni elettriche dell'etichetta UHF, stabilire il modello di dati. Sono stati studiati gli effetti della formula della pasta conduttiva al grafene e i parametri del processo di stampa sulle prestazioni dell'antenna. Viene studiato l'effetto dello spessore del film di inchiostro sull'effetto pelle e sulle prestazioni dell'antenna. Le caratteristiche di impedenza dello strato di inchiostro di grafene a diversi potenziali chimici, in particolare viene studiata l'influenza dell'alta reattanza nella banda UHF sul guadagno dell'antenna UHF.
2.3 controllo dei parametri di stampa rotocalco basati su pasta conduttiva al grafene
Secondo la stampabilità della pasta conduttiva al grafene e i parametri strutturali dell'etichetta UHF progettata mediante simulazione al computer, il numero di riga dello schermo appropriato, la profondità della maglia e la forma del foro della maglia del cilindro di stampa rotocalco sono determinate, e la quantità di inchiostro viene calcolata e lo spessore del film in sospensione viene regolato. Puntando su diversi substrati come la carta, pellicola di plastica (come animale domestico, PI, CPP, eccetera.), seta e così via, una serie di parametri del processo di stampa, come la tensione di avvolgimento e svolgimento, la pressione di stampa del rullo di stampa in gomma, la viscosità tixotropica della sospensione, l'angolo di contatto del raschietto, velocità di stampa e sovrastampa di posizionamento, sono regolati per ottenere lo schema del processo di stampa ottimale.
2.4 ottimizzare la temperatura di asciugatura del film di inchiostro e la pressione di pressatura del rullo
Perché lo strato di inchiostro conduttivo viene essiccato e solidificato in una certa misura, e quindi calandrato a rullo, la morfologia superficiale può essere modificata, la densità dello strato di inchiostro può essere aumentata, e la conducibilità può essere notevolmente migliorata. però, il film di inchiostro pressato è facile da causare l'amplificazione del contorno e la deformazione del filo. Regola la temperatura e il tempo dello strato di inchiostro conduttivo di grafene nel canale di indurimento UV, testare la capacità di miglioramento della conducibilità e il grado di deformazione del contorno dello strato di inchiostro, ottimizzare la temperatura di indurimento del film d'inchiostro, tempo e pressione di macinazione e altri parametri di processo.
2.5 analizzare e testare le prestazioni dell'etichetta UHF
Prendi il foglio campione stampato, incolla il chip, e testare i suoi parametri di prestazione elettrica come la frequenza di lavoro, la larghezza di banda, direzione di polarizzazione, direttività, guadagno, larghezza del lobo, impedenza, larghezza di banda del fattore qualità, direttività, guadagno, perdita di ritorno, fattore di qualità, sensibilità e altri parametri di prestazione elettrica sull'analizzatore di rete come formato tag, e testare la sua distanza di lettura in diversi ambienti applicativi, verificare e correggere.
Conclusione
Attraverso i suddetti metodi di ricerca e percorsi tecnici, speriamo di ottenere tag elettronici RFID con alta conduttività e soddisfare le esigenze del settore Internet delle cose, realizzare la produzione industriale su larga scala di etichette elettroniche RFID, completamente privo di rifiuti nel processo di fabbricazione, e garantire la protezione ambientale verde. L'iterazione tecnica dell'etichetta UHF di grafene diventerà il prossimo punto vendita nel settore dell'Internet of Things.
