Accordeur suivant: autocollant UHF graphène!
Avec le développement rapide de la ville intelligente, industrie 4.0 et Internet des objets, il existe une forte demande de produits d'identification intelligente RFID sur le marché. RFID (identification radiofréquence), également connu sous le nom de technologie d'identification par radiofréquence, est une technologie d'acquisition automatique de données sans contact et l'une des technologies de base de l'Internet des objets. Sa plus grande caractéristique est que la vitesse de collecte des informations est rapide, n'a pas besoin du contact mécanique ou optique, se complète complètement grâce à la technologie de communication sans fil, peut collecter simultanément des centaines de milliers d'informations sur des objets en une seconde, la précision de la collecte d'informations est élevée. Maintenant, cette technologie a été largement utilisée dans presque tous les domaines, tels que l'entreposage logistique, transport, sécurité anti-contrefaçon, paiement mobile et ainsi de suite.
1. Statut de la recherche
Les États-Unis sont un promoteur actif de l'application de l'autocollant UHF, qui est leader mondial dans le domaine de l'établissement de normes RFID, développement et application de technologies logicielles et matérielles. Les normes RFID européennes suivent la norme EPCglobal dirigée par les États-Unis. La recherche et le développement de la RFID dans les pays européens et américains sont principalement axés sur la normalisation, fabrication de puces, fabrication de lecteurs et intégration de systèmes. La Chine est le plus grand fournisseur mondial d'autocollants UHF, et la production totale d'autocollants UHF représente environ 60% du monde. Spécialement pour les autocollants UHF haute fréquence, La Chine a essentiellement réalisé toutes les localisations, des puces aux antennes.
Le principal goulot d'étranglement de la popularisation du système RFID est le prix, taille et adaptabilité environnementale de l'autocollant UHF. Maintenant, L'autocollant UHF est fabriqué par la méthode d'enroulement de fil de cuivre et la méthode de gravure sur feuille d'aluminium, et la méthode de frittage en céramique est essentiellement utilisée. Les problèmes courants sont les suivants:
(1) Pollution environnementale;
(2) Le substrat de l'étiquette est unique et son champ d'application est limité;
(3) L'efficacité de fabrication est faible;
(4) La taille de l'étiquette est grande;
(5) Coût élevé;
(6) La précision de fabrication est faible.
Au cours des dernières années, de nombreux instituts de recherche nationaux et étrangers pensent que l'autocollant UHF de sérigraphie avec une pâte d'argent conductrice est la technologie la plus efficace pour obtenir un faible coût, miniaturisation, haute précision, forte adaptabilité et production à grande échelle. Bien que la technologie d'impression dans le domaine de la reproduction d'images se caractérise par une vitesse élevée, haute efficacité, lignes fines et surimpression précise, en raison de la mauvaise conductivité de la pâte d'argent conductrice et de la limitation du mécanisme conducteur, seule une pâte d'argent conductrice à haute teneur en argent et un écran à faible numéro de fil peuvent être utilisés, qui sont affectés par des dizaines de facteurs tels que la viscosité de l'encre, extensibilité, fluidité, pression de raclage, étirement de l'écran et interférence du fil de l'écran, La déformation de la structure du fil autocollant UHF imprimé, limite approximative, court-circuit et circuit ouvert, l'efficacité de rayonnement réelle et l'efficacité de rayonnement théorique sont très différentes. Pour résumer, d'un côté, la demande du marché des étiquettes électroniques RFID est de plus en plus vigoureuse. D'autre part, La technologie de fabrication d'étiquettes électroniques RFID a toujours des problèmes tels qu'une faible efficacité, coût élevé, pollution environnementale, substrat unique, etc. le marché a besoin de nouvelles technologies de fabrication pour briser la contradiction entre l'offre et la demande.
1.1 analyse des tendances et de la demande
Avec le développement réussi de matériaux de graphène à haute conductivité par Sir Andre Haim et Sir Konstantin Novo Seaan Love, Lauréats du prix Nobel de l'Université de Manchester au Royaume-Uni, la baisse du prix du graphène et l'amélioration de la qualité des produits stimulent considérablement la recherche d'applications des produits en aval, tels que divers types de produits électroniques au graphène tels que les lignes conductrices, capteurs, moniteurs médicaux, etc. En raison de la structure microtopologique du graphène, il a une conductivité élevée. Le mécanisme conducteur du graphène est différent de celui des particules d'argent.
1.2 avantages
Il y a deux avantages dans la préparation de pâte conductrice composite chargée par poudrage de graphène
(1) Compatibilité forte. La pâte de graphène peut être imprimée sur presque tous les substrats tels que les films plastiques, papier, céramique, tissu en coton, bois, etc.
(2) Des performances de coût élevées. Par rapport à la pâte d'argent conductrice existante, la suspension de graphène a une meilleure conductivité et un avantage de coût plus élevé. Avec le développement de la technologie de production de graphène et la diminution des coûts, la pâte conductrice de graphène occupera progressivement la part de marché. On estime que l'échelle du marché du graphène dans le champ de pâte conductrice atteindra 200 millions de yuans par 2020.
Maintenant, certains fabricants étrangers de systèmes RFID ont recommencé à imprimer des composants électroniques RFID avec de la pâte de graphène
Recherche sur les technologies clés et industrialisation des étiquettes, tels que bgtmaterials Limited (BGTM) au Royaume-Uni.
toutefois, il n'y a pas d'autres entreprises nationales pour effectuer la recherche et le développement industriels de cette technologie.
Maintenant, La capacité de production de graphène de la Chine augmente rapidement, et il existe de nombreux fabricants de graphène à grande échelle. Par exemple, 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., qui peuvent tous produire 100 tonnes de graphène par an.
Selon le rapport de recherche sur les perspectives de marché et les opportunités d'investissement de l'industrie chinoise de l'Internet des objets dans 2017-2022 publié par le China Business Industry Research Institute, l'échelle du marché RFID de la Chine atteindra 60 milliards de yuans en 2018.
Basé sur ceci, en analysant les paramètres de performance des autocollants UHF, optimisation de l'imprimabilité de la pâte conductrice de graphène, et l'application de la technologie d'impression hélio, la nouvelle technologie de fabrication d'autocollants UHF avec protection de l'environnement verte, production de masse, haute efficacité, et de haute qualité, faible coût et adapté à divers substrats est devenu la tendance de développement inévitable de l'industrie.
2 méthodes de recherche de projet
2.1 préparation, modulation et contrôle de la dispersion de la pâte conductrice de graphène
En raison de l'apparence différente et des propriétés conductrices du graphène et de la poudre d'argent conductrice, la formulation et le procédé de pâte conductrice à base de graphène sont également différents. L'hydrophobie du graphène peut faire du graphène un nanomètre
2.1 préparation, modulation et contrôle de la dispersion de la pâte conductrice de graphène
En raison de l'apparence différente et des propriétés conductrices du graphène et de la poudre d'argent conductrice, la formulation et le procédé de pâte conductrice à base de graphène sont également différents. L'hydrophobie du graphène le rend facile à agglomérer grâce à la forte force de van der Waals. Le solvant efficace peut empêcher l'agrégation du graphène et en faire une dispersion de graphène stable. Les solvants idéaux sont la N-méthylpyrrolidone (NMP) et diméthylformamide (DMF). Dans ce projet, nous prévoyons d'utiliser le DMF / NMP comme solvant pour disperser le graphène en ajoutant un stabilisant (comme l'éthylcellulose) dans la formule du slurry de graphène, afin de résoudre le problème que la poudre de graphène est facile à agglomérer et difficile à disperser. La taille des particules et la dispersion de la suspension de graphène ont été mesurées par un analyseur de taille de particules laser pour assurer la dispersion des particules de suspension de graphène.
Ajout d'initiateur UV, résine photosensible et autres composants en pâte conductrice de graphène, et optimiser son rapport de mélange, la pâte conductrice de graphène peut être rapidement solidifiée sous lumière ultraviolette, réduire la température de séchage de l'étiquette électronique RFID imprimée, raccourcir le temps de séchage, améliorer l'efficacité de la production, et peut imprimer des étiquettes électroniques RFID sur divers substrats tels que le papier, film plastique, soie et ainsi de suite. La viscosité, viscosité, fluidité, tension superficielle, sécheresse, thixotrope, la propriété rhéologique et la taille des particules de la pâte conductrice de graphène sont modulées en changeant le liant et les additifs de la suspension. La coupe de viscosité ou le viscosimètre Ubbelohde, Le viscosimètre et la tension de surface des boues sont utilisés pour répondre aux exigences de l'héliogravure.
2.2 conception d'antenne autocollante UHF basée sur l'impression de pâte conductrice de graphène
Les principaux paramètres qui affectent les performances électriques de l'antenne autocollante UHF sont la forme de l'antenne, structure de taille, caractéristiques des matériaux, fréquence de fonctionnement, bande passante, sens de polarisation, directivité, Gain, largeur des lobes, impédance, sensibilité, facteurs de qualité et environnement d'application, etc. ces paramètres doivent être équilibrés dans la conception de l'autocollant UHF.
Dans le logiciel de simulation HFSS ou annonces, largeur de ligne d'antenne d'entrée, interligne, taille de pliage, écart d'alimentation, taille de l'anneau d'alimentation, réception de signaux électromagnétiques et conductivité des matériaux de rétroaction, constante diélectrique et autres paramètres de conception pour la simulation informatique, comme le montre la figure 9, la simulation informatique obtient la perte de retour d'autocollant UHF et la distribution d'énergie, afin de déterminer les paramètres de caractérisation des performances électriques des autocollants UHF, établir le modèle de données. Les effets de la formule de la pâte conductrice de graphène et des paramètres du processus d'impression sur les performances de l'antenne ont été étudiés. L'effet de l'épaisseur du film d'encre sur l'effet de peau et les performances de l'antenne est étudié. Les caractéristiques d'impédance de la couche d'encre de graphène à différents potentiels chimiques, en particulier l'influence de la réactance élevée dans la bande UHF sur le gain de l'antenne autocollante UHF est étudiée.
2.3 contrôle des paramètres d'impression hélio à base de pâte conductrice de graphène
Selon l'imprimabilité de la pâte conductrice de graphène et les paramètres structurels de l'autocollant UHF conçu par simulation informatique, le numéro de ligne d'écran approprié, la profondeur de maille et la forme de trou de maille du cylindre d'impression de gravure sont déterminées, et la quantité d'encre est calculée et l'épaisseur du film en suspension est ajustée. Viser différents substrats tels que le papier, film plastique (comme animal de compagnie, PI, RPC, etc.), soie et ainsi de suite, une série de paramètres de processus d'impression, tels que la tension d'enroulement et de déroulement, la pression du rouleau d'impression en caoutchouc d'impression, la viscosité thixotrope du lisier, l'angle de contact du grattoir, vitesse d'impression et surimpression de positionnement, sont ajustés pour obtenir le schéma de processus d'impression optimal.
2.4 optimiser la température de séchage du film d'encre et la pression de pressage des rouleaux
Parce que la couche d'encre conductrice est séchée et solidifiée dans une certaine mesure, puis calandré par rouleau, la morphologie de la surface peut être modifiée, la densité de la couche d'encre peut être augmentée, et la conductivité peut être grandement améliorée. toutefois, le film d'encre pressé est facile à provoquer l'amplification du contour et la déformation du fil. Ajustez la température et le temps de la couche d'encre conductrice de graphène dans le canal de durcissement UV, tester la capacité d'amélioration de la conductivité et le degré de déformation du contour de la couche d'encre, optimiser la température de durcissement du film d'encre, temps et pression de broyage et autres paramètres de processus.
2.5 analyser et tester les performances de l'autocollant UHF
Prenez la feuille d'échantillon imprimée, coller la puce, et tester ses paramètres de performances électriques tels que la fréquence de travail, bande passante, sens de polarisation, directivité, Gain, largeur des lobes, impédance, facteur de qualité bande passante, directivité, Gain, perte de retour, facteur de qualité, sensibilité et autres paramètres de performance électrique sur l'analyseur de réseau tels que le format de balise, et tester sa distance de lecture dans différents environnements applicatifs, vérifier et corriger.
Conclusion
À travers les méthodes de recherche et les voies techniques ci-dessus, nous espérons obtenir des étiquettes électroniques RFID à haute conductivité et répondre aux besoins de l'industrie de l'Internet des objets, réaliser la fabrication industrielle à grande échelle d'étiquettes électroniques RFID, complètement exempt de déchets dans le processus de fabrication, et assurer la protection de l'environnement vert. L'itération technique de l'autocollant UHF au graphène deviendra le prochain débouché dans l'industrie de l'Internet des objets.
