目前,RFID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)一個重要的研究方向,。
相比RFID標(biāo)簽制作的其他技術(shù),印制技術(shù)的誕生使RFID標(biāo)簽在低成本,、高效率和環(huán)?;矫婢哂胁豢杀葦M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,。
制造材料的進(jìn)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(dǎo)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(yù)計2018年導(dǎo)電油墨市場將達(dá)到33.6億美元,屆時,,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,。
?。?)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(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。
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(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,,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(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(electrophoretic separation)和層離法(chromatographic method)等,,但往往涉及到多種化學(xué)試劑,,如加入表面活性劑會產(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,,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(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(dǎo)體性單壁CNTs,。DNA識別雖然靈敏,,但成本高,且耗時長,??s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(yīng) 用提供了可能,。