基于纳米导电油墨的可弯曲射频标签技术及测量研究

随着物联网的推广，无线射频识别标签将逐步替代传统的产品标签和条形码，成为标示物品唯一性的重要介质。利用纳米导电油墨或导电墨水通过印刷或打印的方式,在柔性绝缘基板上形成导电线路，制备成无线射频标签的技术创新和使用速度，变得突飞猛进。但引入纳米尺度的导电油墨，射频标签在柔性基板条件下，其机械、导电、射频性能发生了极大变化。本申请项目拟结合纳米技术和微机电测量技术，研究纳米导电油墨的材料微观测试，探讨射频标签封装过程中，导电油墨的丝网印刷和固化润湿原理分析；研究射频标签弯曲时，导电油墨的导电性能变化和电阻率的改进分析，建立可弯曲射频标签的导电特性机制；研究可弯曲射频标签的射频识别性能测量及原理分析。本项目旨在推动纳米技术和微机电测量领域的应用基础科学合作研究，有助于我国无线射频标签研究与国际最新研究发展同步。

利用纳米导电油墨或导电墨水通过印刷或打印的方式，在柔性绝缘基板上形成导电线路，制备成无线射频标签的技术创新和使用速度，变得突飞猛进。但引入纳米尺度的导电油墨，射频标签在柔性基板条件下，其机械、导电、射频性能发生了极大变化。本项目通过纳米技术和微机电测量领域的合作研究，开展了具有创新性的探索工作。.针对纳米导电油墨材料制备，设计液相还原法，制备出溶液的纳米银导电油墨，研究材料组织结构演变和化学机理，重点解决了包裹剂分散在油墨中降低导电性能的问题，实验测量得到，该纳米银导电油墨的最佳电阻率为2.49×10-5Ω cm-1。针对印刷制备柔性可弯曲射频天线，通过沉积-沉淀法制备成功相应的薄膜复合物，分析界面反应和固化润湿机理，计算纳米银颗粒自聚集和自组装的热动力学，探讨其流动特性机制，分析其导电原理。结果证明，纳米银颗粒为单分散纳米颗粒，通过印刷正交实验，分析认为纳米银复合薄膜的导电性不仅与纳米银的尺寸，分布程度还与包裹剂和成膜的效果有关，得到最佳的导电油墨指标是纳米银的含量为50%，粘度为20000 mp/s，固化温度/时间是80℃/2h。针对纳米铜导电油墨，通过化学还原法，成功合成了纳米铜粒子溶液，制备出纳米铜导电油墨，重点解决了纳米铜颗粒在甲苯中合成和分散，直接进行成膜反应，无需填加表面修饰剂，测量该导电油墨的电阻率是1.5×10-4Ω cm-1。.针对实验制备的纳米导电油墨材料，设计柔性电子射频标签，开展微机电测量研究。通过对基底材料、射频标签天线弯曲和人体穿戴上进行分析，提出了柔性可穿戴射频标签天线的设计和测量方法，对天线弯曲、天线对人体的电磁辐射进行仿真计算和理论分析研究。结果表明，射频标签天线弯曲角度的增大，其增益逐渐变小，且弯曲角度达到360°后三维增益方向图扭曲。标签天线附着在人体不同部位时远场性能受到的影响，标签天线由全向性变化为具有方向性，其辐射效率降低明显。.基于纳米导电油墨技术制备智能传感标签，分析传感标签外围电路、基底和弯曲对标签射频性能的影响，提出了印刷电子制备柔性智能传感电子标签技术。针对纺织物基底柔性射频标签，提出基于人体可穿戴的纺织物柔性射频标签设计和测试方法。