CN112381199B - 一种用于温度检测的一次性无源rfid标签 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种用于温度检测的一次性无源RFID标签，其特征在于：所述的RFID标签包括设于天线基材上的天线和与天线电连接的RFID芯片，所述天线的回路上贴覆有相变贴片，所述的相变贴片顺序为与天线的短路区直接接触起隔离作用的无导电颗粒相变层、含导电颗粒相变层及相变贴片面层的三层结构，所述相变贴片中的相变材料为固液相变，在相变后形成流动性液体。本发明利用温变后相变贴片中的导电颗粒沉积在天线处造成天线短路来破坏RFID标签，达到普通RFID标签也能实现对于温度的检测，满足市场对于低成本温度检测RFID标签的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子标签，特别是公开一种用于温度检测的一次性无源RFID标签，适用于对温变有监测要求的物品，尤其适用于药品、疫苗等贵重物品的运输过程中对变化温度会引起物品失效的情况进行监控。
背景技术
RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）技术，又称RFID电子标签、无线射频识别技术，是一种可通过无线电信号识别特定目标并读、写相关数据，而且无需识别***与特定目标有机械或光学接触的技术。常用的无源RFID有低频（125k~134.2K）、高频（13.56Mhz）、超高频（860-960MHz）三种情况。射频识别电子标签包括加载信息的芯片以及收发电磁波信号的天线，天线接收到的信号用于支持芯片的工作。如果标签附着于某种物体，并储存了该物体的相关信息，即可通过读取标签中的数据，实现对该物体的识别。目前，射频识别电子标签已经广泛地应用于零售管理、图书管理、资产管理、人员识别、冷链物流等领域。
当前药品、疫苗等贵重物品的运输过程中，对于温度的全过程检测一直有着很高的需求，一些冷鲜食品对于运输过程的温度也有着监控的需求。现行比较成熟的方案是在包装中放置一台温度检测仪，可以检测实时温度，靠电池提供能量。这类产品的优点是可以实时做温度记录，而且一般还具有GPS定位功能，可以记录包装的运输路径。缺点也比较明显，价格高昂、经常需要充电，电池的安全性也是一个被经常诟病的问题。
一些芯片厂家提供了第二种方案，通过在RFID芯片上增加I/O接口，并在芯片内部设计测温电路，这样就可以实现芯片级的测温能力，再通过RFID芯片的固有射频能力，将测温数据传输到接收器上。这种方案较于第一种方案有巨大的成本优势，在供电方面既可以使用有源，也可以使用无源方式（天线接收电磁波后再转化为电能），缺点是芯片成本高，所以这种标签的成本还是较普通RFID标签的成本增加了十倍。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的缺陷，设计一种用于温度检测的一次性无源RFID标签，在标签上通过结合使用带有金属颗粒的相变材料层，在RFID标签达到相应变化温度和时长后，相变材料由固态转变为液态，相变材料层内的金属颗粒随即与RFID天线预先设计的短路区内的天线部位接触，导致天线回路发生短路，从而RFID标签失效，外部阅读器无法读取该RFID标签，以此来确定物品是否由于发生温变引起失效情况的发生。
本发明是这样实现的：一种用于温度检测的一次性无源RFID标签，其特征在于：所述的RFID标签包括设于天线基材上的天线和与天线电连接的RFID芯片，所述天线的回路上贴覆有相变贴片，所述的相变贴片为三层结构，顺序为与天线直接接触起隔离作用的无导电颗粒相变层、含导电颗粒相变层及相变贴片面层。所述的相变贴片贴覆处为天线的短路区，所述的无导电颗粒相变层和含导电颗粒相变层形状相同，表面积大小相等，所述的相变贴片面层表面积大于含导电颗粒相变层，所述的相变贴片中的含导电颗粒相变层和无导电颗粒相变层为固液相变，在相变后形成流动性液体。
所述含导电颗粒相变层层厚为不小于0.10mm，所述相变贴片面层的层厚为0.02~0.10mm。所述含导电颗粒相变层中导电颗粒占含导电颗粒相变层总质量的10%~40%，所述含导电颗粒相变层层中导电颗粒为片状、枝状、球状或针状。所述相变贴片中的无导电颗粒相变层和含导电颗粒相变层在达到相变温度后，所呈现的液态其粘度值为1000~15000cp。
所述含导电颗粒相变层中的导电颗粒为金属颗粒、非金属颗粒、金属氧化物颗粒中的一种或一种以上导电物质组成的导电颗粒，所述的金属颗粒在铜、镍、铝中选择一种或几种，所述的非金属颗粒在石墨烯、石墨中选择一种或两种。
本发明采用了相变材料组成的特殊功能层，相变材料中含有导电颗粒，由于相变材料具有明显的固、液两态变化性能，当相变材料在升温达到相变温度后，呈现的液态具有一定的流动性，以使得相变材料中含有的导电金属颗粒在重力或其他外力作用下，逐渐沉积到天线上，引起天线短路，导致RFID标签失效无法读取。
本发明的有益效果是：本发明采用了相变材料，可以根据应用情况所需不同，很方便的调节相变材料的相变温度。本发明利用相变材料的储能特性，即材料升温到达相变温度后，不会立刻转变为液态，而是继续吸收大量的热量，直到用尽其储热能力，这时才开始转变为液态。这样就能避免在一些特定场景下出现的瞬时高温的干扰。同时，本发明还能通过加厚相变材料层的厚度，来调控固液转变时长，从而精确判定物品所处环境温度是否超过监测值。
本发明的一次性无源RFID标签不需要更加昂贵的RFID芯片，也不需要做成电池供电的温度检测传感器就可以比较精确的知道在某段时间内，RFID标签所处的环境是否超过设定的监控温度。同时，相变材料在发生相变后导致天线短路的状态不可逆，保证了本发明的一次性使用效果，可以避免人为作假情况的发生。而且本发明的RFID标签的生产不改变目前的生产工艺，不增加现有标签本身的加工费用，只使用了价格低廉的相变贴片，极大的降低了增加测温功能的标签的制造成本。所以本发明具有加工制造成本低，易实现，监测状态稳定等优异效果。
附图说明
图1是本发明实施例1高频RFID标签的结构示意图。
图2是图1中相变贴片部位剖视结构示意图。
图3是本发明实施例2超高频RFID标签的短路区位置分布示意图。
图4是本发明中的相变贴片贴合于图3中所述短路区位置示意图。
图中：1、天线基材； 2、RFID芯片； 3、天线； 4、相变贴片； 31、短路区； 41、含导电颗粒相变层； 42、无导电颗粒相变层； 43、相变贴片面层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
根据附图1~附图4，本发明为一种用于温度检测的一次性无源RFID标签，包括设于天线基材1上的天线3和与天线3电连接的RFID芯片2，所述天线3的回路上设有短路区31，所述的短路区31上贴覆有相变贴片4，所述的相变贴片4为三层结构，顺序为与天线3的短路区31直接接触起隔离作用的无导电颗粒相变层42、含导电颗粒相变层41及相变贴片面层43。所述的无导电颗粒相变层42和含导电颗粒相变层41形状相同，表面积大小相等，所述的相变贴片面层43表面积大于含导电颗粒相变层41，将无导电颗粒相变层42和含导电颗粒相变层41包覆在天线3上。
本发明通过改变相变材料层的临界温度，来实现对不同温度要求应用场合的温度检测，比如一些针剂要求保存温度为0摄氏度，一些药品的保存温度要求不超过20摄氏度等情况。本发明通过还通过加厚相变层的方式来调控固液转变时长，从而过滤某些时候虽然发生了瞬时超温，但是并不会导致被监控物品失效的情况，比如开箱清点数量等。
所述含导电颗粒相变层41层厚为不小于0.10mm，所述相变贴片面层43的层厚为0.02~0.10mm。
所述含导电颗粒相变层41层中导电颗粒为片状、枝状、球状或针状，其中以片状为最佳，因为片状可以增大导电面积，在相同条件下导电颗粒的使用量更少，在批量化大生产中，具有明显节约标签制造成本的效果。
所述含导电颗粒相变层41中的导电颗粒为金属颗粒、非金属颗粒、金属氧化物颗粒中的一种或一种以上导电物质组成的导电颗粒，所述的金属颗粒一般在铜、镍、铝中选择，所述的非金属颗粒在石墨烯、石墨中选择。
所述含相变材料在达到相变温度后，所呈现的液态其粘度值为1000~15000cp。
实施例1：
根据附1和附图2，本实施例为高频RFID标签。
本实施例中先通过铝蚀刻工艺，在PET薄膜（即天线基材1）表面制作图形的天线3。
接着通过各向异性导电胶或金线邦定形式，将RFID芯片2与天线3的两个焊盘固定在一起，形成电连接。高频天线一般是多圈天线紧密相连的，所以不需要另外单独设计短路区31。
首先通过调节不同熔点石蜡的百分占比，获得相变温度为20℃的相变石蜡材料。
将石蜡温度升至相变温度以上，掺入金属颗粒，并搅拌均匀。金属颗粒的质量占比为30%，本实施例中选择金属颗粒材质为铜，颗粒大小3~5微米，颗粒形态为片状。
将混合溶液涂布在基材聚酯薄膜表面，涂布范围小于聚酯薄膜表面积，并快速降低混合溶液至相变温度以下，使金属颗粒在相变材料内保持均匀分布，本实施例中混合固化后的含导电颗粒相变层41厚度保持在0.3mm。
含导电颗粒相变层41中金属颗粒的多少可以影响温度传导速度，以及相变材料达到相变温度后，吸收潜热的多少，即转化为液体的时间，所以金属颗粒的多少、颗粒大小是调节报警温度的重要参数。
在恢复固态的含导电颗粒相变层41表面继续涂布一层0.1mm左右厚度的相变石蜡材料，形成无导电颗粒相变层42（相变温度为20℃），此时，作为基材的聚氨酯薄膜即形成相变贴片面层43，相变贴片4制作完毕。在相变贴片4贴在RFID标签的短路区上方后，相变贴片面层43可以避免发生相变后无导电颗粒相变层42和含导电颗粒相变层41的无序液化流动。
由于高频天线一般是多圈天线紧密相连的，所以不需要另外单独设计短路区31，所以最后仅需在高频RFID标签的线圈密集区贴上相变贴片4即可，贴片处即为天线3的短路区31。
制作完成的RFID标签贴在物品表面，当环境温度升高到相变温度并保持2~3分钟后，相变贴片4上的含导电颗粒相变层41和无导电颗粒相变层42由固体变为液体，含导电颗粒相变层41内所含的导电颗粒在重力和相变贴片面层43的作用下，沉积在天线3的短路区31处，造成RFID标签因天线3短路而失效。
此时该RFID标签不能被阅读器读取，可以判定贴有该RFID标签的物品曾经经历超过相变材料的温度。对于温变会引起失效的药品、疫苗等，可以判定当前物品已失效。
实施例2：
根据附图3和附图4，本实施例为超高频RFID标签。
超高频RFID标签，一般需要在RFID芯片2附近设计一个天线3的短路区31，即图3中虚线圈处，本实施例中，将相变贴片4直接贴覆于超高频天线的短路区31处即可。
其他同实施例1。
上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (5)
1.一种用于温度检测的一次性无源RFID标签，其特征在于：所述的RFID标签包括设于天线基材上的天线和与天线电连接的RFID芯片，所述天线的回路上贴覆有相变贴片，所述的相变贴片为三层结构，顺序为与天线直接接触起隔离作用的无导电颗粒相变层、含导电颗粒相变层及相变贴片面层，所述的相变贴片贴覆处为天线的短路区，所述的无导电颗粒相变层和含导电颗粒相变层形状相同，表面积大小相等，所述的相变贴片面层表面积大于含导电颗粒相变层，将无导电颗粒相变层和含导电颗粒相变层包覆在天线上，所述的相变贴片中的含导电颗粒相变层和无导电颗粒相变层为固液相变，在相变后形成流动性液体。
2.根据权利要求 1所述的一种用于温度检测的一次性无源RFID标签，其特征在于：所述含导电颗粒相变层层厚为不小于0.10mm，所述相变贴片面层的层厚为0.02~0.10mm。
3.根据权利要求 1或2所述的一种用于温度检测的一次性无源RFID标签，其特征在于：所述含导电颗粒相变层中导电颗粒占含导电颗粒相变层总质量的10%~40%，所述含导电颗粒相变层层中导电颗粒为片状、枝状、球状或针状。
4.根据权利要求 1或2所述的一种用于温度检测的一次性无源RFID标签，其特征在于：所述含导电颗粒相变层中的导电颗粒为金属颗粒、非金属颗粒、金属氧化物颗粒中的一种或一种以上导电物质组成的导电颗粒，所述的金属颗粒在铜、镍、铝中选择一种或几种，所述的非金属颗粒在石墨烯、石墨中选择一种或两种。
5.根据权利要求 1所述的一种用于温度检测的一次性无源RFID标签，其特征在于：所述相变贴片中的无导电颗粒相变层和含导电颗粒相变层在达到相变温度后，所呈现的液态其粘度值为1000~15000cp。
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- 2020-10-22 CN CN202011137506.9A patent/CN112381199B/zh active Active
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