背景技術(shù)

　　目前，物聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)都已列入國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展規(guī)劃，在國(guó)家宏觀(guān)政策的大力推動(dòng)下，“物聯(lián)網(wǎng)”概念逐漸清晰，應(yīng)用圖景日漸明晰。依據(jù)眾多前瞻性研究機(jī)構(gòu)的觀(guān)點(diǎn)，2018年將成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)入爆發(fā)期的元年?；谖锫?lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)支持的“互聯(lián)網(wǎng)+’’電子商務(wù)業(yè)態(tài)逐漸以其高精準(zhǔn)的客戶(hù)定位及快消品行業(yè)快速消費(fèi)粘性保持優(yōu)勢(shì)，必將成為未來(lái)產(chǎn)品銷(xiāo)售策略成功的關(guān)鍵。

　　射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification, RFID)是上世紀(jì)末開(kāi)始發(fā)展的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。該技術(shù)利用無(wú)線(xiàn)射頻原理進(jìn)行非接觸性雙向通信，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同傳統(tǒng)的識(shí)別技術(shù)相比，RFID具有識(shí)別距離遠(yuǎn)，識(shí)別信息內(nèi)容豐富，識(shí)別效率高，使用范圍廣泛，具有較好的魯棒性等顯著優(yōu)勢(shì)。正是由于這些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，射頻識(shí)別技術(shù)受到業(yè)界及研究人員的廣泛關(guān)注并逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)及“互聯(lián)網(wǎng)+’’電子商務(wù)業(yè)態(tài)的重要硬件支撐。

　　一套完整的RFID系統(tǒng)，由RFID電子標(biāo)簽、閱讀器、工作平臺(tái)三部份組成。由閱讀器發(fā)射固定頻率的無(wú)線(xiàn)電波至RFID電子標(biāo)簽，標(biāo)簽在驅(qū)動(dòng)下將內(nèi)部數(shù)據(jù)送出，閱讀器依序接收解讀數(shù)據(jù)，并送到數(shù)據(jù)后臺(tái)進(jìn)行處理。

　　系統(tǒng)工作方式如下圖所示：

　　圖1. RFID系統(tǒng)工作示意圖

　　按工作頻段分，RFID可以被分為4個(gè)主要頻段：低頻(9135 kHz )，高頻(13.56 MHz )、超高頻(300 MHz一 1.2 GHz )、微波(2.455.8 GHz )。使用低頻、高頻頻率工作的射頻識(shí)別系統(tǒng)所利用的是電感禍合來(lái)進(jìn)行工作，而超高頻和微波頻率工作的射頻識(shí)別系統(tǒng)則主要利用的是電磁場(chǎng)禍合進(jìn)行工作。

　　具體的技術(shù)參數(shù)如表1所示：

　　天線(xiàn)作為RFID最重要的功能單元，其制備方法受制于微圖形化導(dǎo)電線(xiàn)路制備技術(shù)發(fā)展。業(yè)已發(fā)展的RFID天線(xiàn)制造方法主要包括：

　　蝕刻法：首先在塑料/紙基材上層壓鋁金屬箔，然后通過(guò)曝光、顯影、蝕刻等工序，獲得需要的天線(xiàn)圖形。

　　印刷法：印刷天線(xiàn)是直接用導(dǎo)電油墨(碳漿、銅漿、銀漿等)在絕緣基板(或薄膜)上印刷導(dǎo)電線(xiàn)路，形成天線(xiàn)的電路。

　　基于前驅(qū)油墨的全印制RFID制造技術(shù)

　　鑒于金屬納米級(jí)油墨納米化成本高、易團(tuán)聚賭塞噴頭、噴墨印制后的性能變差且需高溫/光固化等工藝缺陷，電子薄膜與集成器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(電子科技大學(xué))開(kāi)發(fā)出了一種新型全印制RFID制造技術(shù)，可較好地克服目前可印制功能性油墨易團(tuán)聚、易堵塞噴嘴、價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)。

　　該技術(shù)核心思想是：采用一種溶液型前驅(qū)油墨噴印 圖形，然后采用特殊圖形固化工藝，最后經(jīng)約束性化學(xué)沉積，自組織生長(zhǎng)形成導(dǎo)電圖形。

　　新技術(shù)工藝路線(xiàn)為：溶液型前驅(qū)油墨的制備→基板選取及預(yù)處理→噴墨打印圖形→圖形固化→約束性化學(xué)沉積生長(zhǎng)銅、銀、鎳等金屬導(dǎo)電圖形。

　　圖2.紙基RFID全印制制備工藝思想

　　項(xiàng)目組基于柔性基板開(kāi)展了射頻天線(xiàn)(NFC、RFID)設(shè)計(jì)仿真研究，并采用噴墨印制技術(shù)，在厚度0.125mm 的柔性PI 薄膜基材上印制制備了NFC天線(xiàn)，經(jīng)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試分析，其場(chǎng)發(fā)射性能與目前的國(guó)際某手機(jī)品牌用納米銀漿絲印技術(shù)產(chǎn)品接近。

　　圖3.全印制NFC天線(xiàn)照片

　　(內(nèi)插圖為國(guó)際某手機(jī)品牌用納米銀漿絲印技術(shù)產(chǎn)品)

　　圖4.全印制NFC天線(xiàn)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試對(duì)比

　　(左圖為實(shí)驗(yàn)室樣品數(shù)據(jù))

　　此外，項(xiàng)目組突破了紙基材料電氣特性仿真、射頻線(xiàn)路設(shè)計(jì)及制備等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了紙基RFID標(biāo)簽的小批量化制備(參見(jiàn)圖5)，同時(shí)對(duì)其應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)器件時(shí)的綠色環(huán)保性、彎折可靠性進(jìn)行了長(zhǎng)期論證(參見(jiàn)圖6}7 )。目前項(xiàng)目組已設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了R2R工業(yè)生產(chǎn)裝備(參見(jiàn)圖8)，并開(kāi)展了工程化應(yīng)用前期的全面論證工作。

　　圖5.全印制RFID樣品(a)、射頻收發(fā)測(cè)試(b)、

　　全印制紙基RFID批量化產(chǎn)品(c)

　　圖6. UHF-RFID標(biāo)簽測(cè)試及燃燒性試驗(yàn)

　　圖7.紙基RFID產(chǎn)品不同角度彎折的SEM圖(a、b)

　　及彎折可靠性測(cè)試(c, d, e )

　　圖8. R2R柔版印制RFID生產(chǎn)設(shè)備中試樣機(jī)

　　全印制生物及物聯(lián)網(wǎng)傳感器制造技術(shù)

　　項(xiàng)目組針對(duì)未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系中信息感知器件的設(shè)計(jì)及全印制實(shí)現(xiàn)開(kāi)展了研究。在低成本血糖傳感器方向上，項(xiàng)目組通過(guò)在PI基全印制三電極結(jié)構(gòu)表面印制rG0/Fe30}/GOx功能層，實(shí)現(xiàn)了血糖傳感器酶電極的全印制制備(參見(jiàn)圖9)。結(jié)果表明，血糖傳感器酶電極在不同電壓的掃速下表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，在0.5-lOmM范圍內(nèi)顯示出良好的線(xiàn)性度(參見(jiàn)圖10)，實(shí)現(xiàn)了具有實(shí)用意義測(cè)試精度(2.645}A/mM)的血糖敏感性測(cè)試。

　　圖9.血糖傳感器酶電極的三電極結(jié)構(gòu)(左)及功能層制備示意圖(右)

　　圖10.全印制血糖傳感器的敏感性響應(yīng)

　　在全印制濕度傳感器方向上，項(xiàng)目組在紙基板上制備了陣列化銅叉指電極，并采用套印技術(shù)在電極表面印制MoS2/PVP濕度敏感功能層(參見(jiàn)圖11)。測(cè)試表明，全印制陣列化濕度傳感器可呈現(xiàn)電阻型濕度響應(yīng)，在10~95%RH濕度范圍內(nèi)響應(yīng)穩(wěn)定性?xún)?yōu)異，從11%RH到95%RH的響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為2s和3s，且表現(xiàn)出較小濕滯。將傳感器置于人體口鼻處，測(cè)試發(fā)現(xiàn)，其響應(yīng)恢復(fù)特性曲線(xiàn)可隨人體呼吸速率快速響應(yīng)，具有高靈敏度呼吸監(jiān)測(cè)功能(參見(jiàn)圖12 )。

　　圖11.陣列化全印制銅叉指電極的光學(xué)照片(a, b )，套印濕度敏感功能層后的光學(xué)照片(c, d )，濕敏傳感器件的I-V特性曲線(xiàn)圖(o)，濕敏傳感器件從低濕度到高濕度的響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間特性(f)，濕敏傳感器件從低濕度到高濕度的響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間曲線(xiàn)(g)，及濕滯曲線(xiàn)(f)

　　圖12.紙基全印制濕度敏感器件對(duì)人體呼吸的監(jiān)測(cè)

　　項(xiàng)目技術(shù)在智能包裝及智能營(yíng)銷(xiāo)體系中的應(yīng)用

　　基于RFID技術(shù)應(yīng)用的“智能包裝”在快消品包裝管理體系中具有巨大的應(yīng)用潛力。在決策環(huán)節(jié)，借助RFID技術(shù)可實(shí)現(xiàn)快消品行業(yè)宏觀(guān)決策、管理數(shù)字化。RFID的應(yīng)用為決策機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)掌握工業(yè)企業(yè)、商業(yè)企業(yè)、零售終端環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)提供了數(shù)據(jù)支持，為行業(yè)宏觀(guān)決策提供了真實(shí)、可靠、完整的“大數(shù)據(jù)”支持，對(duì)企業(yè)新品牌建設(shè)與培育提供了重要技術(shù)支撐。在原材料采購(gòu)管理環(huán)節(jié)，借助RFID技術(shù)可對(duì)原材料進(jìn)行溯源追蹤管理，加速材料RFID戶(hù)籍卡制管理制，讓購(gòu)銷(xiāo)記錄、質(zhì)量、信用等數(shù)據(jù)得到妥善管理。在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，借助RFID技術(shù)可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、品控環(huán)節(jié)數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)工業(yè)原材料購(gòu)進(jìn)、消耗，成品產(chǎn)生，倉(cāng)儲(chǔ)管理的數(shù)據(jù)追蹤;同時(shí)，由于RFID芯片數(shù)據(jù)的安全可靠性，工業(yè)企業(yè)可以利用RFID芯片數(shù)據(jù)加密等功能，實(shí)現(xiàn)原有傳統(tǒng)的防偽技術(shù)和條形碼無(wú)法做到的“動(dòng)態(tài)防偽”。在商業(yè)銷(xiāo)售環(huán)節(jié)，借助RFID技術(shù)可實(shí)現(xiàn)物流分揀、客戶(hù)維護(hù)、內(nèi)部監(jiān)管的數(shù)字化，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品品牌文化傳播、新媒介駁接，使零售客戶(hù)融入整個(gè)現(xiàn)代營(yíng)銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò)，建立監(jiān)管產(chǎn)品的市場(chǎng)流通大數(shù)據(jù)，增進(jìn)消費(fèi)者消費(fèi)慣性粘度。

　　項(xiàng)目技術(shù)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)群建設(shè)狀況

　　目前，本技術(shù)的核心方法及核心工藝體系均已獲得中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)，授權(quán)證書(shū)如下：

　　此外，研究小組還基于上述母專(zhuān)利，圍繞相關(guān)技術(shù)改進(jìn)及在各專(zhuān)項(xiàng)領(lǐng)域的應(yīng)用另外申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利9項(xiàng)，其中4項(xiàng)已授權(quán)。項(xiàng)目已基本建立起較為完備的知識(shí)產(chǎn)權(quán)群，在“溶液型前驅(qū)油墨及導(dǎo)電圖形制備方法及應(yīng)用領(lǐng)域”形成了專(zhuān)利技術(shù)壁壘。

　　商業(yè)合作模式

　　本研究小組經(jīng)過(guò)近5年的研究，創(chuàng)新性的提出了“具有催化活性的溶液型前驅(qū)油墨”導(dǎo)電線(xiàn)路全印制制備技術(shù)思想，制備出了一種性能穩(wěn)定的具有催化活性的溶液型可噴印油墨，初步解決了撓性基板上功能導(dǎo)電薄膜成膜薄膜物理問(wèn)題，走通了在剛/撓性基板上全印制導(dǎo)電圖形制備的全部工藝。相關(guān)技術(shù)突破了現(xiàn)有導(dǎo)電油墨全印制制備技術(shù)中顆粒型油墨易堵塞噴嘴，需高溫固化等關(guān)鍵技術(shù)障礙，所獲得導(dǎo)電線(xiàn)路電特性具有國(guó)際先進(jìn)性，相比國(guó)際類(lèi)似技術(shù)及產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)成本可大幅度降低。所引領(lǐng)的技術(shù)方向在國(guó)際上產(chǎn)生了較高反響(其中一篇JCR一區(qū)刊物論文進(jìn)入2016全球熱點(diǎn)論文庫(kù))。

　　項(xiàng)目技術(shù)在全印制PCB、特種電子基板金屬層制備、陶瓷元件電極賤金屬化低溫制備、射頻NFC/RFID天線(xiàn)、電磁屏蔽膜、柔性基生物傳感器等技術(shù)領(lǐng)域均有重要應(yīng)用價(jià)值，產(chǎn)業(yè)面廣闊，技術(shù)產(chǎn)業(yè)化前景已趨明朗。項(xiàng)目組愿與有資本實(shí)力及市場(chǎng)前瞻能力的企業(yè)與投資機(jī)構(gòu)開(kāi)展產(chǎn)、學(xué)、研合作，共同推進(jìn)相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

　　在具體商業(yè)合作模式方面，本項(xiàng)目技術(shù)在核心方法、核心工藝體系、典型應(yīng)用方面已構(gòu)建了較為完備的發(fā)明專(zhuān)利樹(shù)，形成了核心技術(shù)壁壘。本項(xiàng)目已申請(qǐng)的11項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利及已授權(quán)的6項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利專(zhuān)利權(quán)人均為電子科技大學(xué)。