RFID成印刷電子技術(shù)一個重要研究方向
發(fā)布時間：2025-01-19 點擊：57
目前，rfid標簽技術(shù)的進展，主要集中在天線和芯片的制造材料與印刷工藝方面，并成為印刷電子技術(shù)一個重要的研究方向。
相比rfid標簽制作的其他技術(shù)，印制技術(shù)的誕生使rfid標簽在低成本、高效率和環(huán)保化方面具有不可比擬的優(yōu)勢，為其進一步在民用領域發(fā)揮作用提供了極大的可能。
制造材料的進展
1、天線材料
主流rfid天線主要以銅和鋁為材料，分別通過線圈繞制和蝕刻工藝制作，產(chǎn)品在可靠性和使用壽命上具有很大優(yōu)勢，因此占據(jù)了絕大部分市場。
然而，隨著納米技術(shù)的興起，可直接印制rfid天線的納米油墨(采用導電材料制成)對現(xiàn)有材料提出了挑戰(zhàn)。根據(jù)idtechex(知名市場研究公司)統(tǒng)計，2012年全球?qū)щ娪湍加?8.6億美元的市場，預計2018年導電油墨市場將達到33.6億美元，屆時，納米銀導電油墨和納米銅導電油墨市場將達到7.35億美元。
不過，納米導電油墨印制rfid天線技術(shù)，目前仍面臨著油墨附著力、耐摩擦性、印刷均勻性、導電性與防氧化性需要改善等問題。
(1)納米銀導電油墨
納米銀導電油墨具有優(yōu)異的導電性、防氧化性，加上其技術(shù)成熟度較高，是印制rfid天線的首選材料。
華中科技大學相關研究組以次磷酸鈉為還原劑、六偏磷酸鈉為分散劑、pvp為保護劑，與硝酸銀溶液反應，制得紫紅色銀溶膠，加入ph調(diào)節(jié)劑，將銀溶膠ph值調(diào)節(jié)至3，經(jīng)過濾、鈍化、洗滌等操作，在60℃溫度環(huán)境下真空干燥得到平均粒徑為30nm左右的納米銀粉，再加入到fa-406油墨中配置成導電油墨，固化后，該導電油墨具有較好的柔韌性和耐濕熱性，且導電性高、印刷均勻性也好。
(2)納米銅導電油墨
納米銅導電油墨雖然導電性比納米銀導電油墨稍差，但價格具有很大的競爭優(yōu)勢，近年來開始成為研究熱點。不過，銅的化學性質(zhì)活潑，這使得如何避免納米銅顆粒在合成與應用中氧化成為一大難點。
有公司在有機溶劑乙二醇中采用還原法，成功制備了直徑為30～50nm的球形納米銅，且無其他的氧化物存在，這表明乙二醇可以防止納米銅氧化，同時聚乙二醇分散劑可以增加納米銅粒子的分散穩(wěn)定性及均勻性。
2、芯片材料
在芯片制造領域，衡量制造工藝的基準是芯片內(nèi)晶體管與導線相連接的寬度，即線寬，寬度越細，該制造工藝越精準。受到原子元件尺寸的限制，半導體芯片的線寬有其物理極限，芯片體積不可能無限小，因此，通、斷電的頻率到一定程度就很難再提高。
采用碳納米管(cnts)來取代硅晶體管，是突破這個瓶頸的最佳方法。cnts與其他半導體材料相比，不僅尺寸小、電學性能優(yōu)異、物理和化學性質(zhì)穩(wěn)定，而且cnts構(gòu)建的晶體管還具有發(fā)熱量更少以及運行頻率更高等優(yōu)點，同時，cnts容易實現(xiàn)溶液化，分離純化后的cnts墨水能印刷出高性能的薄膜晶體管器件。
不可避免的，cnts也存在著缺點，即制備的cnts中同時含有金屬性和半導體性cnts。因此，在芯片制造領域，其需要經(jīng)過分離處理，得到半導體性質(zhì)的cnts才能發(fā)揮相應的作用。
目前，單壁cnts的分離一般基于化學方法，較為成熟，有電泳分離法(electrophoreticseparation)和層離法(chromatographicmethod)等，但往往涉及到多種化學試劑，如加入表面活性劑會產(chǎn)生摻雜效應，所以，分離需要多步物理化學過程來完成。
近幾年，又出現(xiàn)了一種全新的分離cnts的方法——庫侖爆炸法。庫倫爆炸法利用靜電排斥的原理使一束單壁cnts帶上同種電荷，當電荷之間的排斥力大于cnts之間的范德華力時，即發(fā)生庫侖爆炸。這種爆炸能使一束碳納米管相互分離，形成一種獨特、新奇的放射狀格局，被命名為“納米樹”(nanotree)。經(jīng)拉曼光譜(ramanspectra)等測試證明，分離后的cnts具有較小的直徑，不到3nm，甚至出現(xiàn)結(jié)構(gòu)完整的單根cnts。
同時出現(xiàn)的還有其他新技術(shù)，如利用不同序列的dna識別金屬性和半導體性單壁cnts。dna識別雖然靈敏，但成本高，且耗時長。縮短這一時長可以通過兩相萃取，將不同屬性單壁cnts分離開來，整個過程只需4分鐘，比傳統(tǒng)的方法快了數(shù)十倍，而且成本大幅降低，為分離出的單壁cnts走向真正意義的應用提供了可能。
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相比rfid標簽制作的其他技術(shù)，印制技術(shù)的誕生使rfid標簽在低成本、高效率和環(huán)保化方面具有不可比擬的優(yōu)勢，為其進一步在民用領域發(fā)揮作用提供了極大的可能。
制造材料的進展
1、天線材料
主流rfid天線主要以銅和鋁為材料，分別通過線圈繞制和蝕刻工藝制作，產(chǎn)品在可靠性和使用壽命上具有很大優(yōu)勢，因此占據(jù)了絕大部分市場。
然而，隨著納米技術(shù)的興起，可直接印制rfid天線的納米油墨(采用導電材料制成)對現(xiàn)有材料提出了挑戰(zhàn)。根據(jù)idtechex(知名市場研究公司)統(tǒng)計，2012年全球?qū)щ娪湍加?8.6億美元的市場，預計2018年導電油墨市場將達到33.6億美元，屆時，納米銀導電油墨和納米銅導電油墨市場將達到7.35億美元。
不過，納米導電油墨印制rfid天線技術(shù)，目前仍面臨著油墨附著力、耐摩擦性、印刷均勻性、導電性與防氧化性需要改善等問題。
(1)納米銀導電油墨
納米銀導電油墨具有優(yōu)異的導電性、防氧化性，加上其技術(shù)成熟度較高，是印制rfid天線的首選材料。
華中科技大學相關研究組以次磷酸鈉為還原劑、六偏磷酸鈉為分散劑、pvp為保護劑，與硝酸銀溶液反應，制得紫紅色銀溶膠，加入ph調(diào)節(jié)劑，將銀溶膠ph值調(diào)節(jié)至3，經(jīng)過濾、鈍化、洗滌等操作，在60℃溫度環(huán)境下真空干燥得到平均粒徑為30nm左右的納米銀粉，再加入到fa-406油墨中配置成導電油墨，固化后，該導電油墨具有較好的柔韌性和耐濕熱性，且導電性高、印刷均勻性也好。
(2)納米銅導電油墨
納米銅導電油墨雖然導電性比納米銀導電油墨稍差，但價格具有很大的競爭優(yōu)勢，近年來開始成為研究熱點。不過，銅的化學性質(zhì)活潑，這使得如何避免納米銅顆粒在合成與應用中氧化成為一大難點。
有公司在有機溶劑乙二醇中采用還原法，成功制備了直徑為30～50nm的球形納米銅，且無其他的氧化物存在，這表明乙二醇可以防止納米銅氧化，同時聚乙二醇分散劑可以增加納米銅粒子的分散穩(wěn)定性及均勻性。
2、芯片材料
在芯片制造領域，衡量制造工藝的基準是芯片內(nèi)晶體管與導線相連接的寬度，即線寬，寬度越細，該制造工藝越精準。受到原子元件尺寸的限制，半導體芯片的線寬有其物理極限，芯片體積不可能無限小，因此，通、斷電的頻率到一定程度就很難再提高。
采用碳納米管(cnts)來取代硅晶體管，是突破這個瓶頸的最佳方法。cnts與其他半導體材料相比，不僅尺寸小、電學性能優(yōu)異、物理和化學性質(zhì)穩(wěn)定，而且cnts構(gòu)建的晶體管還具有發(fā)熱量更少以及運行頻率更高等優(yōu)點，同時，cnts容易實現(xiàn)溶液化，分離純化后的cnts墨水能印刷出高性能的薄膜晶體管器件。
不可避免的，cnts也存在著缺點，即制備的cnts中同時含有金屬性和半導體性cnts。因此，在芯片制造領域，其需要經(jīng)過分離處理，得到半導體性質(zhì)的cnts才能發(fā)揮相應的作用。
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同時出現(xiàn)的還有其他新技術(shù)，如利用不同序列的dna識別金屬性和半導體性單壁cnts。dna識別雖然靈敏，但成本高，且耗時長。縮短這一時長可以通過兩相萃取，將不同屬性單壁cnts分離開來，整個過程只需4分鐘，比傳統(tǒng)的方法快了數(shù)十倍，而且成本大幅降低，為分離出的單壁cnts走向真正意義的應用提供了可能。
噴墨印刷的一些新鮮事，你了解嗎？
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