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RFID电子标签技术 : RFID芯片和天线的那些事儿
发布时间:2017-12-18 13:25:07 | 浏览次数:


  目前,RFID电子标签技术的进展,主要集中在天线和芯片的制造材料与印刷工艺方面,并成为印刷电子技术一个重要的研究方向。相比RFID电子标签制作的其他技术,印制技术的诞生使RFID电子标签在低成本、高效率和环保化方面具有不可比拟的优势,为其进一步在民用领域发挥作用提供了极大的可能。

RFID电子标签的结构.jpg

  制造材料的进展

  1.天线材料

  主流RFID电子标签天线主要以铜和铝为材料,分别通过线圈绕制和蚀刻工艺制作,产品在可靠性和使用寿命上具有很大优势,因此占据了绝大部分市场。

  然而,随着纳米技术的兴起,可直接印制RFID电子标签天线的纳米油墨(采用导电材料制成)对现有材料提出了挑战。根据IDtechEX(知名市场研究公司)统计,2012年全球导电油墨占有28。6亿美元的市场,预计2018年导电油墨市场将达到33。6亿美元,届时,纳米银导电油墨和纳米铜导电油墨市场将达到7。35亿美元。

  不过,纳米导电油墨印制RFID电子标签天线技术,目前仍面临着油墨附着力、耐摩擦性、印刷均匀性、导电性与防氧化性需要改善等问题。

  (1)纳米银导电油墨

  纳米银导电油墨具有优异的导电性、防氧化性,加上其技术成熟度较高,是印制RFID电子标签天线的首选材料。

  华中科技大学相关研究组以次磷酸钠为还原剂、六偏磷酸钠为分散剂、PVP为保护剂,与硝酸银溶液反应,制得紫红色银溶胶,加入pH调节剂,将银溶胶pH值调节至3,经过滤、钝化、洗涤等操作,在60℃温度环境下真空干燥得到平均粒径为30nm左右的纳米银粉,再加入到FA-406油墨中配置成导电油墨,固化后,该导电油墨具有较好的柔韧性和耐湿热性,且导电性高、印刷均匀性也好。

  (2)纳米铜导电油墨

  纳米铜导电油墨虽然导电性比纳米银导电油墨稍差,但价格具有很大的竞争优势,近年来开始成为研究热点。不过,铜的化学性质活泼,这使得如何避免纳米铜颗粒在合成与应用中氧化成为一大难点。

    有公司在有机溶剂乙二醇中采用还原法,成功制备了直径为30~50nm的球形纳米铜,且无其他的氧化物存在,这表明乙二醇可以防止纳米铜氧化,同时聚乙二醇分散剂可以增加纳米铜粒子的分散稳定性及均匀性。

  2.芯片材料

  在芯片制造领域,衡量制造工艺的基准是芯片内晶体管与导线相连接的宽度,即线宽,宽度越细,该制造工艺越精准。受到原子元件尺寸的限制,半导体芯片的线宽有其物理极限,芯片体积不可能无限小,因此,通、断电的频率到一定程度就很难再提高。

  采用碳纳米管(CNTs)来取代硅晶体管,是突破这个瓶颈的最佳方法。CNTs与其他半导体材料相比,不仅尺寸小、电学性能优异、物理和化学性质稳定,而且CNTs构建的晶体管还具有发热量更少以及运行频率更高等优点,同时,CNTs容易实现溶液化,分离纯化后的CNTs墨水能印刷出高性能的薄膜晶体管器件。

  不可避免的,CNTs也存在着缺点,即制备的CNTs中同时含有金属性和半导体性CNTs。因此,在芯片制造领域,其需要经过分离处理,得到半导体性质的CNTs才能发挥相应的作用。

  目前,单壁CNTs的分离一般基于化学方法,较为成熟,有电泳分离法(electrophoreticseparation)和层离法(chromatographicmethod)等,但往往涉及到多种化学试剂,如加入表面活性剂会产生掺杂效应,所以,分离需要多步物理化学过程来完成。

  近几年,又出现了一种全新的分离CNTs的方法——库仑爆炸法。库伦爆炸法利用静电排斥的原理使一束单壁CNTs带上同种电荷,当电荷之间的排斥力大于CNTs之间的范德华力时,即发生库仑爆炸。这种爆炸能使一束碳纳米管相互分离,形成一种独特、新奇的放射状格局,被命名为“纳米树”(nanotree)。经拉曼光谱(Raman spectra)等测试证明,分离后的CNTs具有较小的直径,不到3nm,甚至出现结构完整的单根CNTs。

  同时出现的还有其他新技术,如利用不同序列的DNA识别金属性和半导体性单壁CNTs。DNA识别虽然灵敏,但成本高,且耗时长。缩短这一时长可以通过两相萃取,将不同属性单壁CNTs分离开来,整个过程只需4分钟,比传统的方法快了数十倍,而且成本大幅降低,为分离出的单壁CNTs走向真正意义的应用提供了可能。

 
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