Próximo sintonizador: etiqueta UHF de grafeno!
Com o rápido desenvolvimento da cidade inteligente, indústria 4.0 e Internet das coisas, existe uma grande demanda por produtos de identificação inteligente RFID no mercado. RFID (identificação de rádio frequencia), também conhecida como tecnologia de identificação por radiofrequência, é uma tecnologia de aquisição de dados automática 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, completa completamente através da tecnologia de comunicação sem fio, pode coletar simultaneamente centenas de milhares de informações sobre objetos em um segundo, a precisão da coleta de informações é alta. Atualmente, esta tecnologia tem sido amplamente utilizada em quase todos os campos, como armazenamento logístico, transporte, anti-falsificação de segurança, pagamento móvel e assim por diante.
- Status da pesquisa
Os Estados Unidos são um promotor ativo da aplicação do rótulo UHF, que lidera o mundo no campo do estabelecimento padrão de 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 o desenvolvimento de RFID nos países da Europa e da América concentram-se principalmente na definição de padrões, fabricação de chips, fabricação de leitores e integração de sistemas. A China é o maior fornecedor mundial de etiquetas UHF, ea produção total de etiquetas UHF representa cerca de 60% do mundo. Especialmente para etiquetas UHF de alta frequência, A China realizou basicamente toda a localização, de chips a antenas.
O principal gargalo da popularização do sistema RFID é o preço, tamanho e adaptabilidade ambiental da etiqueta UHF. Atualmente, A etiqueta UHF é fabricada pelo método de enrolamento de fio de cobre e método de gravação com folha de alumínio, e método de sinterização de cerâmica é basicamente usado. Os problemas comuns são os seguintes:
(1) Poluição ambiental;
(2) O substrato do rótulo é único e seu campo de aplicação é limitado;
(3) A eficiência de fabricação é baixa;
(4) O tamanho da etiqueta 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 etiqueta UHF para serigrafia com pasta de prata condutora é a tecnologia mais eficaz para obter baixo custo, miniaturização, alta precisão, forte adaptabilidade 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 baixa condutividade da pasta condutora de prata e à limitação do mecanismo condutor, somente a pasta condutora de prata com alto teor de prata e a tela com baixo número de fios podem ser usadas, afetados por dezenas de fatores, como a viscosidade da tinta, extensibilidade, fluidez, pressão de raspagem, alongamento da tela e interferência nos fios da tela, A deformação da estrutura do fio da etiqueta UHF impressa, limite aproximado, curto-circuito e circuito aberto, a eficiência da radiação real 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 apresenta 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, Prémios 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
Existem duas vantagens na preparação de pasta condutora composta preenchida com pó de grafeno
(1) Forte compatibilidade. A pasta de grafeno pode ser impressa em quase todos os substratos, como filme plástico, papel, cerâmica, Roupa de algodão, madeira, etc.
(2) Desempenho de alto custo. Comparado com a pasta de prata condutora existente, pasta de grafeno tem melhor condutividade e maior vantagem de custo. Com o desenvolvimento da tecnologia de produção de grafeno e a diminuição dos custos, pasta condutora de grafeno ocupará gradualmente a participação de mercado. Estima-se que a escala de mercado do grafeno no campo da pasta condutora atinja 200 milhões de yuans por 2020.
Atualmente, alguns fabricantes estrangeiros de sistemas RFID voltaram a imprimir eletrônicos RFID com pasta de grafeno
Pesquisa sobre tecnologias-chave e industrialização de etiquetas, como a bgtmaterials Limited (BGTM) no Reino Unido.
Contudo, não há outras empresas nacionais para realizar pesquisa e desenvolvimento industrial dessa tecnologia.
Atualmente, A capacidade de produção de grafeno da China está se expandindo rapidamente, e existem muitos fabricantes de grafeno em larga escala. Por exemplo, Tecnologia Co. de Ningbo Moxi, Ltd., Tecnologia Co. de Chongqing mohi, Ltd., Tecnologia nova material Co. de HONGNA, Ltd., Tecnologia nova material Co. de Jinan Moxi, Ltd., Suzhou gerifeng Nano Technology Co., Ltd., Nanjing Xianfeng Nano Technology Co., Ltd., Tecnologia Co. do carbono de Changzhou 2D, Ltd., tudo o que pode produzir 100 toneladas de grafeno por ano.
De acordo com o Relatório de Pesquisa sobre as perspectivas de mercado e as oportunidades de investimento da indústria chinesa de Internet das Coisas em 2017-2022 lançado pelo China Business Industry Research Institute, a escala do mercado de RFID da China atingirá 60 bilhão de yuans em 2018.
Com base nisso, analisando os parâmetros de desempenho dos rótulos UHF, otimizando a capacidade de impressão da pasta condutora de grafeno, e aplicação da tecnologia de impressão em rotogravura, a nova tecnologia de fabricação de etiquetas UHF com proteção ambiental verde, produção em massa, alta eficiência, e de alta qualidade, baixo custo e adequado para vários substratos tornou-se a tendência inevitável de desenvolvimento da indústria.
2 métodos de pesquisa do projeto
2.1 preparação, modulação e controle de dispersão de pasta condutora de grafeno
Devido à aparência diferente e propriedades condutoras do grafeno e pó de prata condutor, a formulação e o processo de pasta condutora à base de grafeno também são diferentes. A hidrofobicidade do grafeno pode fazer com que o nanometro do grafeno
2.1 preparação, modulação e controle de dispersão de pasta condutora de grafeno
Devido à aparência diferente e propriedades condutoras do grafeno e pó de prata condutor, a formulação e o processo de pasta condutora à base de grafeno também são diferentes. A hidrofobicidade do grafeno facilita a aglomeração através da forte força de van der Waals. O solvente eficaz pode impedir a agregação de grafeno e torná-lo uma dispersão estável de grafeno. Os solventes ideais são a N-metilpirrolidona (NMP) e dimetilformamida (DMF). Neste projeto, planejamos usar DMF / NMP como solvente para dispersar o grafeno adicionando estabilizador (como etilcelulose) na fórmula de pasta de grafeno, de modo a resolver o problema de que o pó de grafeno é fácil de aglomerar e difícil de dispersar. O tamanho de partícula e a dispersão da pasta de grafeno foram medidos pelo analisador de tamanho de partículas a laser para garantir a dispersão das partículas da pasta de grafeno.
Adicionando iniciador UV, resina fotossensível e outros componentes em pasta condutora de grafeno, e otimizando sua taxa de mistura, a pasta condutora de grafeno pode ser rapidamente solidificada sob luz ultravioleta, reduza a temperatura de secagem da etiqueta eletrônica RFID impressa, encurtar o tempo de secagem, melhorar a eficiência da produção, e pode imprimir etiquetas eletrônicas RFID em vários substratos, como papel, filme plástico, seda e assim por diante. A viscosidade, viscosidade, fluidez, tensão superficial, secura, tixotrópico, a propriedade reológica e o tamanho de partícula da pasta condutora de grafeno são modulados alterando o aglutinante e os aditivos da pasta. O copo de viscosidade ou o viscosímetro Ubbelohde, O medidor de viscosidade de polpa e a tensão superficial são usados para atender aos requisitos de impressão por rotogravura.
2.2 projeto de antena de etiqueta UHF com base em impressão em pasta condutora de grafeno
Os principais parâmetros que afetam o desempenho elétrico da antena de etiqueta UHF são o formato da antena, estrutura de tamanho, características do material, frequência de operação, largura de banda, direção de polarização, diretividade, ganho, largura do lóbulo, impedância, sensibilidade, fatores de qualidade e ambiente de aplicação, etc. esses parâmetros precisam ser equilibrados no design da etiqueta UHF.
No software de simulação HFSS ou anúncios, largura da linha da antena de entrada, espaçamento entre linhas, tamanho de dobra, intervalo de alimentação, tamanho do anel de alimentação, recebimento de sinal eletromagnético e condutividade do material de realimentação, constante dielétrica e outros parâmetros de projeto para simulação em computador, como mostrado na figura 9, a simulação do computador obtém a perda de retorno da etiqueta UHF e a distribuição de energia, para determinar os parâmetros de caracterização do desempenho elétrico da etiqueta UHF, estabelecer o modelo de dados. Foram estudados os efeitos da fórmula da pasta condutora de 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 reatância na banda UHF no ganho da antena etiqueta UHF..
2.3 controle de parâmetros de impressão de rotogravura com base em pasta condutora de grafeno
De acordo com a capacidade de impressão da pasta condutora de grafeno e os parâmetros estruturais da etiqueta UHF projetados por simulação em computador, o número da linha de tela apropriada, a profundidade da malha e a forma do furo da malha do cilindro de impressão de rotogravura são determinadas, e a quantidade de tinta é calculada e a espessura do filme de chorume é ajustada. Visando diferentes substratos, como papel, filme plástico (como animal de estimação, PI, CPP, etc.), seda e assim por diante, uma série de parâmetros do processo de impressão, como a tensão de enrolar e desenrolar, a pressão do rolo de impressão de borracha de impressão, a viscosidade tixotrópica da pasta, o ângulo de contato do raspador, velocidade de impressão e sobreimposição de posicionamento, são ajustados para obter o esquema ideal do processo de impressão.
2.4 otimizar a temperatura de secagem do filme de tinta e a pressão de prensagem
Como a camada de tinta condutora é seca e solidificada até certo ponto, e depois calibrado 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. Contudo, o filme de tinta prensada é fácil de causar 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 do processo.
2.5 analisar e testar o desempenho da etiqueta UHF
Pegue a folha de amostra impressa, cole o chip, e testar seus parâmetros de desempenho elétrico, como freqüência de trabalho, largura de banda, direção de polarização, diretividade, ganho, largura do lóbulo, impedância, fator de qualidade largura de banda, diretividade, ganho, perda de retorno, fator de qualidade, sensibilidade e outros parâmetros de desempenho elétrico no analisador de rede, como formato de etiqueta, e testar sua distância de leitura em diferentes ambientes de aplicativos, verificar e corrigir.
Conclusão
Através dos métodos de pesquisa acima e rotas técnicas, esperamos obter etiquetas eletrônicas RFID com alta condutividade e atender às necessidades da indústria de Internet das coisas, realizar a fabricação industrial em larga escala de etiquetas eletrônicas RFID, completamente livre de desperdícios no processo de fabricação, e garantir proteção ambiental verde. A iteração técnica da etiqueta UHF de grafeno se tornará a próxima saída na indústria das coisas na Internet.
