基于納米印制工藝的超高頻rfid標(biāo)簽及其在智慧圖書館中的應(yīng)用

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1、基于納米印制工藝的超高頻RFID標(biāo)簽及其在智慧圖書館中的應(yīng)用摘要針對目前RFID標(biāo)簽成本居高不下而無法被大范圍應(yīng)用的狀況，論文對利用新興的納米印制工藝進(jìn)行超高頻RFID標(biāo)簽的研究與設(shè)計(jì)，總結(jié)了其與傳統(tǒng)超高頻RFID標(biāo)簽相比所具有的優(yōu)勢，最后就超高頻RFID標(biāo)簽?zāi)軌驗(yàn)樽x者提供智慧化、個(gè)性化的圖書管理與借閱服務(wù)，描述了其在智慧圖書館中的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞納米印制工藝超高頻RFID標(biāo)簽智慧圖書館分類號G250.780引言無線射頻識別技術(shù)(RadioFrequencyIdentification,RFID)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)。它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象

2、并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境［1-2］。RFID系統(tǒng)主要由三部分組成:具有唯一電子編碼的標(biāo)簽、能讀取和寫入標(biāo)簽信息的閱讀器、在標(biāo)簽和讀取器間傳遞信號的天線。閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，標(biāo)簽獲得能量并被激活。標(biāo)簽將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去，系統(tǒng)通過天線接收到從標(biāo)簽發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和解碼后送到后臺主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理［3-5］。目前市場上出現(xiàn)的幾種常用RFID標(biāo)簽為：低頻段（LF），應(yīng)用于門禁、考勤、貨物跟蹤

3、等領(lǐng)域；高頻段（HF），應(yīng)用于公交、社保、校園一卡通、門禁門票、范圍倉庫管理等領(lǐng)域；超高頻段（UHF），應(yīng)用于檢測物品、物流管理等；微波頻段（麗），應(yīng)用于火車監(jiān)控、高速公路收費(fèi)等［6］。超高頻段的無源RFID標(biāo)簽雖在物流、圖書館等領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用，但是由于其成本過高等原因而沒能得到廣泛的推廣應(yīng)用。本文針對降低超高頻RFID標(biāo)簽成本的方法作了相應(yīng)研究，發(fā)現(xiàn)目前已有的方法主要有三種：（1）利用直接印刷法制作標(biāo)簽天線；（2）通過采用有機(jī)材料或普通紙張為基底材料，降低標(biāo)簽價(jià)格；（3）通過印制編碼技術(shù)代替RFID芯片。從上述三種降低成本的方法中可歸納為，將RFI

4、D標(biāo)簽采用納米印制工藝進(jìn)行加工生產(chǎn)，一方面可以大幅度降低產(chǎn)品成本，另一方面由于這種“加成法”的工藝原理，大大降低了生產(chǎn)過程對環(huán)境造成的壓力，從而真正意義上實(shí)現(xiàn)了電子產(chǎn)品加工制造過程的綠色環(huán)保。因此本文提出采用納米印制工藝制作低成本的超高頻RFID標(biāo)簽方法，并將其應(yīng)用于圖書館管理系統(tǒng)中。1基于納米印制工藝的超高頻RFID標(biāo)簽研究1.1納米印制工藝納米印制電子是一種納米材料與印刷技術(shù)相結(jié)合的新興技術(shù)，主要通過絲網(wǎng)印刷、噴墨打印等方式，在陶瓷、塑料及紙張等基底上印刷電子線路及器件。通過印刷與各種導(dǎo)電聚合物及納米金屬墨水的結(jié)合，產(chǎn)生全新的電子器件的產(chǎn)業(yè)鏈。因此，納

5、米印制電子與印制電路板和CMOS芯片技術(shù)一樣，已成為電子信息的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，可廣泛應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)電子和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。我國于2010年將印刷電子的研發(fā)提高到戰(zhàn)略意義的高度，并在北京印刷學(xué)院成立了印刷電子研究中心；在蘇州納米所成立了印刷電子技術(shù)研究中心。納米印制工藝技術(shù)方興未艾，必將在以后的電子產(chǎn)業(yè)內(nèi)發(fā)揮非常重要的作用。1.2超高頻RFID標(biāo)簽的研究采用納米印制技術(shù)設(shè)計(jì)超高頻RFID標(biāo)簽主要包括三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域：納米印制材料、納米印制材料的印制工藝以及印制器件的集成封裝技術(shù)。為了克服RFID標(biāo)簽制造技術(shù)中成本高、制造精度低、標(biāo)簽尺寸大、標(biāo)簽底材單一、制造效率低

6、、對環(huán)境污染大等缺點(diǎn)，目前主要采用的是導(dǎo)電油墨的印制制造技術(shù)。采用印制工藝后，可以使單個(gè)RFID標(biāo)簽的成本降低十倍以上，并易于實(shí)現(xiàn)快速印刷，從而應(yīng)用于流水線大批量生產(chǎn)。1.2.1納米印制材料技術(shù)納米印制材料包括基底和油墨。由于納米印制材料表現(xiàn)出的不同特性，在進(jìn)行納米印制RFID標(biāo)簽設(shè)計(jì)時(shí)，就需要根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境選擇合適的有機(jī)材料作為基底。酚醛樹脂浸漬紙，無紡布或無紡布玻璃纖維布，聚酰亞胺薄膜或聚酯纖維都可以作為基底材料。納米印制油墨是一種形態(tài)特殊、性能優(yōu)異的功能性材料，為了取得相關(guān)的標(biāo)簽阻抗性能，需要采用納米材料的最新制作方法和配方。這些油墨根據(jù)采用的不

7、同工藝，如印刷、噴墨打印及蒸發(fā)旋涂等，又可以分成很多種不同的種類。因此項(xiàng)目實(shí)施過程中，將對各種油墨進(jìn)行評估，并盡可能研發(fā)自有的標(biāo)簽油墨產(chǎn)品。制作RFID標(biāo)簽主要采用柔性電路技術(shù)中的厚膜電路工藝。具體采用絲網(wǎng)印刷的成膜技術(shù)，將具有不同性能并適用于絲網(wǎng)印刷的油墨通過網(wǎng)版漏印在柔性基底上形成具有特定物理、電學(xué)性能的圖形，用于完成電連接、電隔離等功能。生產(chǎn)流程中采用多層套印的方式，通常包括導(dǎo)線層、絕緣層等，工藝流程中主要包括各種油墨的選取或配置、絲網(wǎng)印刷、套印對準(zhǔn)、網(wǎng)版的清洗、印刷后干燥等問題，會涉及多種有機(jī)溶劑，加之不同油墨粘度、流變性能、干燥方式的不同，不同層

8、的印刷厚度等要求不同，都會增加印制標(biāo)簽過程的復(fù)雜性。改變導(dǎo)電油墨中