CN114512266A - 一种导电油墨、rfid射频天线及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种导电油墨、RFID射频天线及其制备方法，涉及射频天线的技术领域，其中导电油墨包括以下重量百分比的原料：5‑10％导电材料、90‑95％溶剂以及0.5‑2％分散剂，所述导电材料包括石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯衍生物、碳纳米管、导电炭黑中的至少一种。一种RFID射频天线，包括导电薄膜和基材，其中导电薄膜由导电油墨烘干后形成。本发明RFID射频天线的制备，相比于传统的金属刻蚀方法，该方法避免了金属刻蚀过程中大量化学刻蚀液的使用和排放造成的环境污染；另一方面，导电薄膜导电性高并且与基材的结合力好，因而获得的RFID射频天线具有很好的读取性能和良好的稳定性，同时RFID射频天线的制备方法具有成本低廉的效果。
Description
技术领域
本发明涉及射频天线的技术领域，尤其涉及一种导电油墨、RFID射频天线及其制备方法。
背景技术
RFID无线射频识别技术是一种非接触式数据自动采集技术，通过射频无线信号自动识别目标对象，并获取相关数据。该技术具有信息采集速度快，信息采集准确率高，不需要机械或光学接触等优点。RFID射频识别技术已经广泛应用于物流管理、图书管理、防伪识别等各大领域。
目前，RFID射频天线主要以铜、铝等金属材质经过化学刻蚀等工艺制作而成，普遍使用铝蚀刻技术制备RFID射频天线，其工艺过程中会产生大量的化学废液，对环境产生较大的污染。
发明内容
本发明提供一种导电油墨、RFID射频天线及其制备方法，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。
本发明一方面提供一种导电油墨，所述导电油墨包括以下重量百分比的原料：5-10％导电材料、90-95％溶剂以及0.5-2％分散剂，所述导电材料包括石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯衍生物、碳纳米管、导电炭黑中的至少一种。
在一可实施方式中，所述分散剂为聚氨酯、丙烯酸酯、环氧树脂、聚乙二醇、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的至少一种。
在一可实施方式中，所述溶剂为水或者水/醇混合溶液。
在一可实施方式中，所述溶剂为乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、松油醇、N－甲基吡咯烷酮中的至少一种。
本发明另一方面提供一种RFID射频天线，所述射频天线包括导电薄膜和基材，所述导电薄膜由上述所述导电油墨烘干后形成。
在一可实施方式中，所述导电薄膜表面还喷涂有上述所述导电油墨。
本发明又一方面提供一种RFID射频天线的制备方法，该方法包括：
将上述制备的所述的导电油墨涂覆在基材表面，烘干后，得到导电薄膜，所述导电薄膜的厚度为10～25μm；
将所述导电薄膜辊压转印至带胶的基材表面上；
根据设计的天线图形在所述导电薄膜表面通过激光刻蚀或机械切割，得到RFID射频天线。
在一可实施方式中，将所述导电薄膜辊压转印至带胶的基材表面上后，该方法还包括：
在所述导电薄膜表面再喷涂上述所述的导电油墨进行修复。
在一可实施方式中，所述激光刻蚀的工艺条件为：激光频率30～60KHz，功率为30～50％，加工速度为1500～2000mm/s。
在本发明的上述方案中，本发明制备的导电油墨具有高导电性和柔韧性，易于进行激光和机械切割加工，RFID射频天线由导电油墨通过涂覆和转移的方式实现，一方面，相比于传统的金属刻蚀方法，该方法避免了金属刻蚀过程中大量化学刻蚀液的使用和排放造成的环境污染。另一方面，导电薄膜导电性高并且与基材的结合力好，因而获得的RFID射频天线具有很好的读取性能和良好的稳定性，同时RFID射频天线的制备方法具有成本低廉的效果。
附图说明
图1示出了本发明实施例1提供的一种RFID射频天线的制备方法的流程示意图；
图2示出了本发明实施例1制备的RFID射频天线的光学图片；
图3(a)示出了本发明实施例1制备的RFID射频天线的灵敏度与频率关系曲线；(b)示出了本发明实施例1制备的RFID射频天线的读取距离与频率的关系曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种导电油墨，所述导电油墨包括以下重量百分比的原料：5-10％导电材料、90-95％溶剂以及0.5-2％分散剂，所述导电材料包括石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯衍生物、碳纳米管、导电炭黑中的至少一种。
其中，所述分散剂为聚氨酯、丙烯酸酯、环氧树脂、聚乙二醇、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的至少一种。
其中，所述溶剂为水或者水/醇混合溶液。
其中，所述溶剂为乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、松油醇、N－甲基吡咯烷酮中的至少一种。
本发明另一方面提供一种RFID射频天线，所述射频天线包括导电薄膜和基材，所述导电薄膜由上述所述导电油墨烘干后形成。
其中基材为纸张、纤维、布料织物、PET、PI、PP、PVC等，本发明对基材不做具体限制。
其中，所述导电薄膜表面还喷涂有上述所述导电油墨。
本发明又一方面提供一种RFID射频天线的制备方法，该方法包括：
将上述制备的所述的导电油墨涂覆在基材表面，烘干后，得到导电薄膜，所述导电薄膜的厚度为10～25μm；
将所述导电薄膜辊压转印至带胶的基材表面上；
根据设计的天线图形在所述导电薄膜表面通过激光刻蚀或机械切割，得到RFID射频天线。
其中，将所述导电薄膜辊压转印至带胶的基材表面上后，该方法还包括：
在所述导电薄膜表面再喷涂上述所述的导电油墨进行修复。
其中，所述激光刻蚀的工艺条件为：激光频率30～60KHz，功率为30～50％，加工速度为1500～2000mm/s。
本发明还一方面提供一种RFID射频标签，上述所述的RFID射频天线绑定RFID射频芯片，得到RFID射频标签。
下面结合具体实施例，对本发明做出详细描述。
实施例1
一种导电油墨，包括重量百分比为5％的石墨烯纳米片、0.5％的聚氨酯以及94.5％的水/乙醇混合溶液，其中水和乙醇的体积比为1:1。
该导电油墨的制备方法为：将5％的石墨烯纳米片、0.5％的聚氨酯、94.5％的水/乙醇(体积比1:1)混合后分散均匀；将分散后的混合物以3000rpm/min的转速研磨3h，再经均质处理得到导电油墨。均质处理是利用均质乳化机通过机械力高速剪切，使导电油墨分散的更加均一。
一种RFID射频天线，包括导电薄膜和基材，导电薄膜由导电油墨烘干后形成，基材为PET薄膜。
该RFID射频天线的制备方法，包括以下步骤：
步骤S11、将导电油墨涂覆在厚度为100μm的PET薄膜表面，在80℃烘干后，得到导电薄膜；
步骤S12、将导电薄膜辊压转印至带胶的PET薄膜上，然后在导电薄膜表面再喷涂导电油墨进行修复；其中PET薄膜厚度为100μm，PET薄膜上的胶为硅胶，转印后的导电薄膜厚度为15μm，方阻为1Ω；
步骤S13、设计RFID射频天线图形，根据设计的天线图形通过卷对卷激光刻蚀机制备RFID射频天线，其中激光刻蚀的工艺条件为：激光频率50KHz，功率为35％，激光加工速度为1800mm/s。
RFID射频天线的光学图片如图2所示。
一种RFID射频标签，通过倒封装工艺将Monza R6p芯片与RFID射频天线使用ACA导电胶进行绑定获得RFID射频标签。
性能测试
一、导电薄膜与基材之间的结合力测试
结合力通过3M胶带测试，导电薄膜与基材之间未发现剥离，说明导电薄膜与基材之间的结合力好。
二、测试RFID射频天线的灵敏度与频率的关系；
测试RFID射频天线的读取距离与频率的关系。
如图3(a)所示为RFID射频天线的灵敏度与频率关系曲线，RFID射频标签的工作频率范围为860-960MHz，在915MHZ工作频率的灵敏度为-10.6dbm；如图3(b)所示为RFID射频天线的读取距离与频率的关系曲线，RFID射频标签的读取距离为5.5米。
实施例2
一种导电油墨，包括重量百分比为6％的石墨烯纳米片、0.5％的聚苯胺以及93.5％的水/乙醇混合溶液，其中水和乙醇的体积比1:1。
该导电油墨的制备方法为：将6％的石墨烯纳米片、0.5％的聚苯胺以及93.5％的水/乙醇混合溶液混合后分散均匀，将分散后的混合物以3000rpm/min的转速研磨3h，再经均质处理得到导电油墨。
一种RFID射频天线，包括导电薄膜和基材，导电薄膜由导电油墨烘干后形成，基材为PET薄膜。
该RFID射频天线的制备方法，包括以下步骤：
步骤S21、将石墨烯导电油墨涂覆在厚度为75μm的PET薄膜表面，在80℃下烘干后，得到导电薄膜；
步骤22、将导电薄膜辊压转印至带胶的PET薄膜，在导电薄膜表面再喷涂石墨烯导电油墨进行修复；其中PET薄膜实物厚度为75μm，PET薄膜上的胶为丙烯酸酯胶，转印后的导电薄膜厚度为15μm，方阻为0.8Ω；
步骤S23、设计RFID射频天线图形，依据设计的天线图形通过卷对卷激光刻蚀机制作RFID射频天线，其中激光刻蚀的工艺条件为：激光频率60KHz，功率为35％，激光加工速度为1600mm/s。
一种RFID射频标签，通过倒封装工艺将Monza R6p芯片与RFID射频天线使用ACA导电胶进行绑定获得RFID射频标签，其工作频率范围为860-960MHz，在915MHZ工作频率的灵敏度为-11.2dbm，读取距离为6.8米。
实施例3
一种导电油墨，包括重量百分比为8％的石墨烯纳米片、0.5％的聚苯胺以及92.5％的N－甲基吡咯烷酮(NMP)。
该导电油墨的制备方法为：将8％的石墨烯纳米片、0.5％的聚苯胺以及92.5％的NMP混合后分散均匀，将分散后的混合物以3000rpm/min的转速研磨4h，再经均质处理得到导电油墨。
一种RFID射频天线，包括导电薄膜和基材，导电薄膜由导电油墨烘干后形成，基材为PET薄膜。
该RFID射频天线的制备方法，包括以下步骤：
步骤S31、将石墨烯导电油墨涂覆在厚度为100μm的PET薄膜表面，在80℃下烘干后，得到导电薄膜；
步骤S32、将导电薄膜辊压转印至带胶的PET薄膜上，在导电薄膜表面再喷涂石墨烯导电油墨进行修复；其中PET薄膜的厚度为100μm，PET薄膜上的胶为聚氨酯胶，转印后的导电薄膜厚度为15μm，方阻为0.5Ω；
步骤S33、设计RFID射频天线图形，依据设计的天线图形通过卷对卷激光刻蚀机制作RFID射频天线，其中激光刻蚀的工艺条件为：激光频率50KHz，功率为35％，激光加工速度为1800mm/s。
一种RFID射频标签，通过倒封装工艺将Monza R6p芯片与RFID射频天线使用ACA导电胶进行绑定获得RFID射频标签，其工作频率范围为860-960MHz，在915MHZ工作频率的灵敏度为-12.0dbm，读取距离为7.2米。
实施例4
一种导电油墨，包括重量百分比为8％的碳纳米管、2％的聚噻吩以及90％的N,N-二甲基甲酰胺。
该导电油墨的制备方法为：将8％的碳纳米管、2％的聚噻吩以及93.5％的N,N-二甲基甲酰胺混合后分散均匀，将分散后的混合物以3500rpm/min的转速研磨3h，再经均质处理得到导电油墨。
一种RFID射频天线，包括导电薄膜和基材，导电薄膜由导电油墨烘干后形成，基材为PI薄膜。
该RFID射频天线的制备方法，包括以下步骤：
步骤S21、将导电油墨涂覆在厚度为75μm的PI薄膜表面，在80℃下烘干后，得到导电薄膜；
步骤22、将导电薄膜辊压转印至带胶的PI薄膜；其中PI薄膜实物厚度为75μm，PI薄膜上的胶为丙烯酸酯胶，转印后的导电薄膜厚度为15μm，方阻为0.8Ω；
步骤S23、设计RFID射频天线图形，依据设计的天线图形通过卷对卷激光刻蚀机制作RFID射频天线，其中激光刻蚀的工艺条件为：激光频率60KHz，功率为35％，激光加工速度为1600mm/s。
一种RFID射频标签，通过倒封装工艺将Monza R6p芯片与RFID射频天线使用ACA导电胶进行绑定获得RFID射频标签，其工作频率范围为860-960MHz，在915MHZ工作频率的灵敏度为-10.2dbm，读取距离为6.5米。
实施例5
一种导电油墨，包括重量百分比为5％的石墨烯纳米片、4％的炭黑、1％的聚乙二醇以及90％的水/乙醇混合溶液，其中水和乙醇的体积比1:1。
该导电油墨的制备方法为：将5％的石墨烯纳米片、4％的炭黑、1％的聚乙二醇以及90％的水/乙醇混合溶液混合后分散均匀，将分散后的混合物以2000rpm/min的转速研磨3h，再经均质处理得到导电油墨。
一种RFID射频天线，包括导电薄膜和基材，导电薄膜由导电油墨烘干后形成，基材为纸张。
该RFID射频天线的制备方法，包括以下步骤：
步骤S21、将石墨烯导电油墨涂覆在厚度为100μm的纸张表面，在80℃下烘干后，得到导电薄膜；
步骤22、将导电薄膜辊压转印至带胶的纸张上，在导电薄膜表面再喷涂导电油墨进行修复；其中纸张实物厚度为100μm，纸张上的胶为丙烯酸酯胶，转印后的导电薄膜厚度为18μm，方阻为0.8Ω；
步骤S23、设计RFID射频天线图形，依据设计的天线图形通过卷对卷激光刻蚀机制作RFID射频天线，其中激光刻蚀的工艺条件为：激光频率50KHz，功率为45％，激光加工速度为1800mm/s。
一种RFID射频标签，通过倒封装工艺将Monza R6p芯片与RFID射频天线使用ACA导电胶进行绑定获得RFID射频标签，其工作频率范围为860-960MHz，在915MHZ工作频率的灵敏度为-11.4dbm，读取距离为7.3米。
实施例6
一种导电油墨，包括重量百分比为5％的还原氧化石墨烯纳米片、3％的碳纳米管、1.5％的环氧树脂以及90.5％的松油醇；
该导电油墨的制备方法为：将5％的还原氧化石墨烯纳米片、3％的碳纳米管、1.5％的环氧树脂以及90.5％的松油醇混合后分散均匀，将分散后的混合物以3000rpm/min的转速研磨3h，再经均质处理得到导电油墨。
一种RFID射频天线，包括导电薄膜和基材，导电薄膜由导电油墨烘干后形成，基材为PP薄膜。
该RFID射频天线的制备方法，包括以下步骤：
步骤S21、导电油墨涂覆在厚度为80μm的PP薄膜表面，在80℃下烘干后，得到导电薄膜；
步骤22、将导电薄膜辊压转印至带胶的PP薄膜，在导电薄膜表面再喷涂石墨烯导电油墨进行修复；其中PP薄膜实物厚度为80μm，PP薄膜上的胶为硅胶，转印后的导电薄膜厚度为10μm，方阻为1Ω；
步骤S23、设计RFID射频天线图形，依据设计的天线图形通过卷对卷激光刻蚀机制作RFID射频天线，其中激光刻蚀的工艺条件为：激光频率60KHz，功率为35％，激光加工速度为1500mm/s。
一种RFID射频标签，通过倒封装工艺将Monza R6p芯片与RFID射频天线使用ACA导电胶进行绑定获得RFID射频标签，其工作频率范围为860-960MHz，在915MHZ工作频率的灵敏度为-10.7dbm，读取距离为6.0米。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
本申请中涉及的诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“如但不限于”，且可与其互换使用。
还需要指出的是，在本申请的方法中，各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
Claims (9)
1.一种导电油墨，其特征在于，所述导电油墨包括以下重量百分比的原料：5-10％导电材料、90-95％溶剂以及0.5-2％分散剂，所述导电材料包括石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯衍生物、碳纳米管、导电炭黑中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述分散剂为聚氨酯、丙烯酸酯、环氧树脂、聚乙二醇、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述溶剂为水或者水/醇混合溶液。
4.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述溶剂为乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、松油醇、N－甲基吡咯烷酮中的至少一种。
5.一种RFID射频天线，其特征在于，所述射频天线包括导电薄膜和基材，所述导电薄膜由权利要求1-4任一项所述的导电油墨烘干后形成。
6.根据权利要求5所述的RFID射频天线，其特征在于，所述导电薄膜表面还喷涂有权利要求1-4任一项所述的导电油墨。
7.一种根据权利要求5所述的RFID射频天线的制备方法，其特征在于，该方法包括：
将权利要求1-4任一项所述的导电油墨涂覆在基材表面，烘干后，得到导电薄膜，所述导电薄膜的厚度为10～25μm；
将所述导电薄膜辊压转印至带胶的基材表面上；
根据设计的天线图形在所述导电薄膜表面通过激光刻蚀或机械切割，得到RFID射频天线。
8.根据权利要求7所述的RFID射频天线的制备方法，其特征在于，将所述导电薄膜辊压转印至带胶的基材表面上后，该方法还包括：
在所述导电薄膜表面再喷涂权利要求1-4任一项所述的导电油墨进行修复。
9.根据权利要求7所述的RFID射频天线的制备方法，其特征在于，所述激光刻蚀的工艺条件为：激光频率30～60KHz，功率为30～50％，加工速度为1500～2000mm/s。
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