基于纳米印制工艺的超高频rfid标签及其在智慧图书馆中的应用

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1、基于纳米印制工艺的超高频RFID标签及其在智慧图书馆中的应用摘要针对目前RFID标签成本居高不下而无法被大范围应用的状况，论文对利用新兴的纳米印制工艺进行超高频RFID标签的研究与设计，总结了其与传统超高频RFID标签相比所具有的优势，最后就超高频RFID标签能够为读者提供智慧化、个性化的图书管理与借阅服务，描述了其在智慧图书馆中的应用前景。关键词纳米印制工艺超高频RFID标签智慧图书馆分类号G250.780引言无线射频识别技术(RadioFrequencyIdentification,RFID)是一种非接触式的自动识别技术。它通过射频信号自动识别目标对象

2、并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境［1-2］。RFID系统主要由三部分组成:具有唯一电子编码的标签、能读取和写入标签信息的阅读器、在标签和读取器间传递信号的天线。阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，标签获得能量并被激活。标签将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去，系统通过天线接收到从标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码后送到后台主系统进行相关处理［3-5］。目前市场上出现的几种常用RFID标签为：低频段（LF），应用于门禁、考勤、货物跟踪

3、等领域；高频段（HF），应用于公交、社保、校园一卡通、门禁门票、范围仓库管理等领域；超高频段（UHF），应用于检测物品、物流管理等；微波频段（丽），应用于火车监控、高速公路收费等［6］。超高频段的无源RFID标签虽在物流、图书馆等领域得到了一定的应用，但是由于其成本过高等原因而没能得到广泛的推广应用。本文针对降低超高频RFID标签成本的方法作了相应研究，发现目前已有的方法主要有三种：（1）利用直接印刷法制作标签天线；（2）通过采用有机材料或普通纸张为基底材料，降低标签价格；（3）通过印制编码技术代替RFID芯片。从上述三种降低成本的方法中可归纳为，将RFI

4、D标签采用纳米印制工艺进行加工生产，一方面可以大幅度降低产品成本，另一方面由于这种“加成法”的工艺原理，大大降低了生产过程对环境造成的压力，从而真正意义上实现了电子产品加工制造过程的绿色环保。因此本文提出采用纳米印制工艺制作低成本的超高频RFID标签方法，并将其应用于图书馆管理系统中。1基于纳米印制工艺的超高频RFID标签研究1.1纳米印制工艺纳米印制电子是一种纳米材料与印刷技术相结合的新兴技术，主要通过丝网印刷、喷墨打印等方式，在陶瓷、塑料及纸张等基底上印刷电子线路及器件。通过印刷与各种导电聚合物及纳米金属墨水的结合，产生全新的电子器件的产业链。因此，纳

5、米印制电子与印制电路板和CMOS芯片技术一样，已成为电子信息的产业基础，可广泛应用在计算机、通信和消费电子和物联网领域。我国于2010年将印刷电子的研发提高到战略意义的高度，并在北京印刷学院成立了印刷电子研究中心；在苏州纳米所成立了印刷电子技术研究中心。纳米印制工艺技术方兴未艾，必将在以后的电子产业内发挥非常重要的作用。1.2超高频RFID标签的研究采用纳米印制技术设计超高频RFID标签主要包括三个技术领域：纳米印制材料、纳米印制材料的印制工艺以及印制器件的集成封装技术。为了克服RFID标签制造技术中成本高、制造精度低、标签尺寸大、标签底材单一、制造效率低

6、、对环境污染大等缺点，目前主要采用的是导电油墨的印制制造技术。采用印制工艺后，可以使单个RFID标签的成本降低十倍以上，并易于实现快速印刷，从而应用于流水线大批量生产。1.2.1纳米印制材料技术纳米印制材料包括基底和油墨。由于纳米印制材料表现出的不同特性，在进行纳米印制RFID标签设计时，就需要根据不同的应用环境选择合适的有机材料作为基底。酚醛树脂浸渍纸，无纺布或无纺布玻璃纤维布，聚酰亚胺薄膜或聚酯纤维都可以作为基底材料。纳米印制油墨是一种形态特殊、性能优异的功能性材料，为了取得相关的标签阻抗性能，需要采用纳米材料的最新制作方法和配方。这些油墨根据采用的不

7、同工艺，如印刷、喷墨打印及蒸发旋涂等，又可以分成很多种不同的种类。因此项目实施过程中，将对各种油墨进行评估，并尽可能研发自有的标签油墨产品。制作RFID标签主要采用柔性电路技术中的厚膜电路工艺。具体采用丝网印刷的成膜技术，将具有不同性能并适用于丝网印刷的油墨通过网版漏印在柔性基底上形成具有特定物理、电学性能的图形，用于完成电连接、电隔离等功能。生产流程中采用多层套印的方式，通常包括导线层、绝缘层等，工艺流程中主要包括各种油墨的选取或配置、丝网印刷、套印对准、网版的清洗、印刷后干燥等问题，会涉及多种有机溶剂，加之不同油墨粘度、流变性能、干燥方式的不同，不同层

8、的印刷厚度等要求不同，都会增加印制标签过程的复杂性。改变导电油墨中