RFID電子標(biāo)簽技術(shù)介紹

目前，RFID電子標(biāo)簽技術(shù)的進(jìn)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(gè)重要的研究方向。相比RFID電子標(biāo)簽制作的其他技術(shù)，印制技術(shù)的誕生使RFID電子標(biāo)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(jìn)一步在民用領(lǐng)域發(fā)揮作用提供了極大的可能。

RFID電子標(biāo)簽技術(shù)制造材料的進(jìn)展

1.天線材料

主流RFID電子標(biāo)簽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電子標(biāo)簽天線的納米油墨(采用導(dǎo)電材料制成)對(duì)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(jì)，2012年全球?qū)щ娪湍加?8.6億美元的市場，預(yù)計(jì)2018年導(dǎo)電油墨市場將達(dá)到33.6億美元，屆時(shí)，納米銀導(dǎo)電油墨和納米銅導(dǎo)電油墨市場將達(dá)到7.35億美元。

不過，納米導(dǎo)電油墨印制RFID電子標(biāo)簽天線技術(shù)，目前仍面臨著油墨附著力、耐摩擦性、印刷均勻性、導(dǎo)電性與防氧化性需要改善等問題。

(1)納米銀導(dǎo)電油墨

納米銀導(dǎo)電油墨具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、防氧化性，加上其技術(shù)成熟度較高，是印制RFID電子標(biāo)簽天線的首選材料。

華中科技大學(xué)相關(guān)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(hù)劑，與硝酸銀溶液反應(yīng)，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(dǎo)電油墨，固化后，該導(dǎo)電油墨具有較好的柔韌性和耐濕熱性，且導(dǎo)電性高、印刷均勻性也好。

(2)納米銅導(dǎo)電油墨

納米銅導(dǎo)電油墨雖然導(dǎo)電性比納米銀導(dǎo)電油墨稍差，但價(jià)格具有很大的競爭優(yōu)勢，近年來開始成為研究熱點(diǎn)。不過，銅的化學(xué)性質(zhì)活潑，這使得如何避免納米銅顆粒在合成與應(yīng)用中氧化成為一大難點(diǎn)。

    有公司在有機(jī)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(shí)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.RFID芯片材料

在芯片制造領(lǐng)域，衡量制造工藝的基準(zhǔn)是芯片內(nèi)晶體管與導(dǎo)線相連接的寬度，即線寬，寬度越細(xì)，該制造工藝越精準(zhǔn)。受到原子元件尺寸的限制，半導(dǎo)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(gè)瓶頸的最佳方法。CNTs與其他半導(dǎo)體材料相比，不僅尺寸小、電學(xué)性能優(yōu)異、物理和化學(xué)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(yùn)行頻率更高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，CNTs容易實(shí)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(diǎn)，即制備的CNTs中同時(shí)含有金屬性和半導(dǎo)體性CNTs。因此，在芯片制造領(lǐng)域，其需要經(jīng)過分離處理，得到半導(dǎo)體性質(zhì)的CNTs才能發(fā)揮相應(yīng)的作用。

目前，單壁CNTs的分離一般基于化學(xué)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(xué)試劑，如加入表面活性劑會(huì)產(chǎn)生摻雜效應(yīng)，所以，分離需要多步物理化學(xué)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(dāng)電荷之間的排斥力大于CNTs之間的范德華力時(shí)，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(dú)特、新奇的放射狀格局，被命名為“納米樹”(nanotree)。經(jīng)拉曼光譜(Raman spectra)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(shí)出現(xiàn)的還有其他新技術(shù)，如利用不同序列的DNA識(shí)別金屬性和半導(dǎo)體性單壁CNTs。DNA識(shí)別雖然靈敏，但成本高，且耗時(shí)長。縮短這一時(shí)長可以通過兩相萃取，將不同屬性單壁CNTs分離開來，整個(gè)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(yīng)用提供了可能。