Comportamento dell'inchiostro conduttivo
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Uno dei maggiori progressi nella stampa di etichette elettroniche RFID è l'emergere di un nuovo tipo di metodo di stampa, il metodo di stampa a inchiostro conduttivo, che può sostituire il tradizionale metodo di incisione e il metodo di placcatura.
Il processo di stampa del metodo consiste nel stampare direttamente una linea conduttiva su un substrato isolante (pellicola, carta, ecc.) Con un inchiostro conduttivo per formare un'antenna e un circuito.
La stampa a inchiostro conduttivo può sostituire i tradizionali metodi di incisione e placcatura elettrolitica per realizzare etichette elettroniche, principalmente perché presenta i seguenti tre vantaggi:
● Il metodo di incisione tradizionale e il metodo di elettrodeposizione rendono l'antenna metallica, il processo è complicato, il prodotto finito viene prodotto per un lungo periodo e il metodo di stampa diretta è quello di realizzare l'antenna utilizzando il metodo di stampa ad alta velocità, che è efficiente e veloce. Al giorno d'oggi, la stampa diretta ha iniziato a sostituire le antenne incise in varie bande di frequenza, come la banda ad altissima frequenza (860 MHz ~ 950 MHz) e la banda di frequenza a microonde (2450 MHz), e la qualità dell'antenna può essere confrontata con l'antenna tradizionale tecnologia.
● L'antenna metallica realizzata con il metodo di incisione tradizionale e il metodo di elettrodeposizione consumano materiali metallici, e il costo è elevato, e il costo della materia prima del metodo di stampa diretta è inferiore a quello dell'antenna metallica convenzionale, che ha un grande significato per ridurre il costo di produzione dell'etichetta elettronica.
● Il processo di incisione tradizionale o processo di elettrodeposizione produce una grande quantità di liquido di scarto contenente metalli e sostanze chimiche, che provoca un grande inquinamento ambientale. Il metodo di stampa diretta utilizza inchiostro conduttivo per stampare direttamente sul substrato senza materiali corrosivi. L'uso di reagenti chimici è inferiore o nullo e ha il vantaggio di una protezione ambientale "verde".
Pertanto, lo sviluppo dell'inchiostro conduttivo è diventato un punto caldo nello sviluppo della tecnologia di stampa RFID. Gli inchiostri conduttivi sono in circolazione da molto tempo. In passato, alcune aziende producevano inchiostri conduttivi con argento, rame placcato argento, carbonio e grafite per i prodotti con smart card RFID; oggi, i produttori di inchiostri conduttivi stanno lavorando duramente per sviluppare nuove formulazioni. Flint ha recentemente investito molto nella ricerca e nello sviluppo di nuovi inchiostri conduttivi; non molto tempo fa, una società chiamata Parelec ha sviluppato un inchiostro che si dice sia tre volte più conduttivo rispetto agli inchiostri conduttivi tradizionali.
Innanzitutto, la formulazione e la composizione dell'inchiostro conduttivo
L'inchiostro conduttivo è un inchiostro speciale che può essere utilizzato per aggiungere energia conduttiva agli inchiostri UV, agli inchiostri a base di acqua flessografica o agli inchiostri offset speciali per rendere l'inchiostro conduttivo. Gli inchiostri conduttivi sono composti principalmente da pigmenti (materiali conduttivi), leganti (leganti e solventi) e additivi per inchiostri.
I materiali conduttivi possono essere suddivisi in conduttori e semiconduttori in base alla loro conduttività elettrica; possono anche essere classificati in sistemi inorganici e organici. Il materiale conduttivo inorganico è un materiale metallico comune come Ag, Cu, ecc. E il sistema organico può essere classificato in un sistema coniugato con π-elettrone e un composto intermolecolare.
Il legante è il principale materiale filmogeno che compone l'inchiostro conduttivo. Il solvente è usato per sciogliere la resina legante. Pertanto, il solvente deve avere la capacità di sciogliere la resina legante e, d'altra parte, il solvente non può destabilizzare la conduttività del materiale conduttivo e abbassare le proprietà fisico-chimiche del film di inchiostro.
Gli additivi dell'inchiostro sono principalmente l'agente disperdente per guidare l'inchiostro elettrico, l'agente livellante, l'antiossidante conduttivo del metallo e simili.
In secondo luogo, il tipo di inchiostro conduttivo
L'inchiostro conduttivo è un inchiostro funzionale, e ci sono principalmente pasta di carbone, pasta d'argento e simili nella stampa.
L'inchiostro di pasta di carbone è un inchiostro termoindurente di tipo liquido. Ha la funzione di proteggere la lamina di rame e condurre la polimerizzazione di corrente dopo la formazione del film. Ha una buona conducibilità e bassa impedenza, non è facile da ossidare, ha prestazioni stabili ed è resistente agli acidi, agli alcali e ai solventi chimici. Ha le caratteristiche di forte resistenza all'usura e buona resistenza agli shock termici.
L'inchiostro d'argento è un inchiostro liquido composto da polvere d'argento ultra fine e resina termoplastica. Può essere utilizzato su fogli di PET, PT e PVC. Ha una forte adesione e potere coprente, polimerizzazione a bassa temperatura, conducibilità controllabile e valore di resistenza molto basso.
Inoltre, all'inchiostro conduttivo fatto di inchiostro si aggiunge l'inchiostro conduttore di nano-carbonio e la polvere metallica (come la polvere d'argento) nell'inchiostro conduttivo può anche essere trasformata in polvere d'argento nano-scala per produrre inchiostro conduttivo, e l'inchiostro conduttivo non solo stampa lo strato del film. Prestazioni sottili e uniformi, eccellenti e possono salvare molti materiali.
In terzo luogo, i requisiti di prestazione dell'inchiostro conduttivo
Sebbene gli inchiostri conduttivi siano stampati su etichette elettroniche RFID, il costo dei tag RFID può essere salvato in due modi. In primo luogo, in termini di costo del materiale, l'inchiostro è meno costoso rispetto alla timbratura o all'incisione di bobine metalliche. In secondo luogo, in termini di consumo di materiale, stampaggio o incisione consuma una grande quantità di metallo, mentre inchiostri conduttivi stampano antenne o circuiti ad alta velocità e basso costo. efficiente. Le due parti più importanti di RFID sono la parte del chip e la parte dell'antenna. Sebbene la parte del chip non sia attualmente stampata, se la parte dell'antenna può essere stampata con inchiostro conduttivo, il costo dell'RFID può essere ridotto.
Tuttavia, bisogna riconoscere che l'inchiostro conduttivo ha anche lo svantaggio che la resistenza elettrica dell'inchiostro conduttivo è maggiore di quella del normale materiale del filo elettrico, il che significa che non può condurre efficacemente una grande corrente, e inoltre, risoluzione di stampa, accuratezza della registrazione, il livello di isolamento necessario deve ancora essere migliorato e migliorato.
Ciò richiede che gli sviluppatori di tecnologia sviluppino e migliorino attivamente i requisiti di prestazione degli inchiostri conduttivi durante la stampa di tag elettronici RFID.
I requisiti per le caratteristiche degli inchiostri conduttivi sono principalmente:
1 resistenza alla flessione. La linea conduttiva è stampata sul diaframma. Se la flessibilità dell'inchiostro è scarsa, potrebbe rompersi alla curva o il valore della resistenza potrebbe aumentare anche se non è rotto.
2 adesività. La resistenza di adesione dell'inchiostro basata sul film di poliestere è generalmente determinata da un test su nastro.
3 resistività. È necessario che minore è la resistenza specifica dell'inchiostro stesso, l'inchiostro con una bassa resistività è vantaggioso quando si stampa con lo stesso tipo di rete (che forma lo stesso spessore del film).
4 distribuzione delle dimensioni delle particelle. Si riferisce allo stato di distribuzione delle particelle conduttive. Più fine è la dimensione delle particelle delle particelle conduttive, migliore è lo stato di distribuzione del legante e delle particelle e l'area rivestita è grande perché l'inchiostro sulla lastra di stampa ha un buon allungamento.
5 condizioni di essiccazione. Si riferisce al tempo di asciugatura e alla temperatura di asciugatura necessarie per la completa polimerizzazione dell'inchiostro conduttivo. L'inchiostro di essiccazione a bassa temperatura può ridurre le ore di lavoro e aumentare la produttività.
6 stampabilità. Attualmente, l'inchiostro conduttivo migliore per la stampa è l'inchiostro conduttivo in pasta d'argento. Dopo la stampa, il forno esterno viene indurito a 120 ° C per 1 minuto e quindi posto in un forno a funzionamento discontinuo per 30 minuti; con inchiostro d'argento (ionico) pellicola protettiva per l'inchiostro, nel lontano infrarosso Il forno è stato essiccato a 120 ° C per 2 minuti.
Si ritiene che con il continuo impegno dei tecnici e di coloro che si occupano della stampa di etichette elettroniche RFID con inchiostri conduttivi, le prestazioni degli inchiostri conduttivi saranno ulteriormente migliorate e le prestazioni di stampa dei tag RFID elettronici diventeranno ancora migliori.
In quarto luogo, la natura dell'inchiostro conduttivo
L'inchiostro conduttivo è un inchiostro speciale che consente alla corrente di fluire, principalmente mediante filler conduttivi (tra cui polveri metalliche, ossidi metallici, non-metalli e altre polveri composite), agenti di connessione (principalmente resine sintetiche, resine fotosensibili, plexiglass a basso punto di fusione, ecc. )), additivi (principalmente disperdenti, regolatori, addensanti, plastificanti, lubrificanti, inibitori, ecc.), solventi (principalmente aromatici, alcoli, chetoni, esteri, eteri alcolici, ecc.) e altri componenti. La stampa su substrati flessibili o rigidi può essere trasformata in circuiti stampati che fungono da fili, antenne e resistori. Dopo che l'inchiostro conduttivo è asciugato, poiché la distanza tra le particelle conduttive diventa piccola, gli elettroni liberi si muovono lungo la direzione del campo elettrico applicato per formare una corrente, che ha una buona conduttività elettrica e può ricevere il segnale di radiofrequenza dedicato all'RFID . L'inchiostro conduttivo determina in larga misura l'impedenza dell'antenna RFID stampata come parametro importante delle prestazioni dell'antenna RFID.
L'inchiostro conduttivo è anche chiamato pasta conduttiva e pasta d'argento conduttiva. L'inchiostro conduttivo include un inchiostro di pasta di carbone, un inchiostro di pasta di rame, un inchiostro di pasta d'argento e un inchiostro di pasta d'oro secondo una composizione di un fattore conduttivo contenuto nell'inchiostro conduttivo. Grazie alla sua forte adesione e al potere coprente, alla polimerizzazione a bassa temperatura, alla conduttività controllata e alla bassa resistenza, l'inchiostro in pasta argentata è la scelta migliore per i tag RFID.
Prendiamo come esempio la pasta d'argento conduttiva per introdurre le proprietà e il meccanismo conduttivo dell'inchiostro conduttivo.
1. Proprietà degli inchiostri conduttivi
Una delle tecnologie chiave per migliorare la qualità di stampa dell'antenna tag è quella di rendere l'inchiostro conduttivo con le proprietà reologiche desiderate e ottenere buone prestazioni di stampa.
Nel processo di stampa dell'antenna dell'etichetta, si incontrano spesso imprecisioni di stampa di inchiostro conduttivo ad alta concentrazione. La ragione di questo fenomeno è che la struttura agglomerata delle particelle metalliche conduttive nella matrice polimerica e la disuniformità della sua superficie sono altamente suscettibili di formare una struttura flocculata. Solo quando la sollecitazione di taglio applicata supera il valore di snervamento, la struttura può essere smontata e il sistema polimerico del flusso di inchiostro.
La fluidità dell'inchiostro conduttivo può essere giudicata in base alla viscosità dell'inchiostro conduttivo. La viscosità è una proprietà dell'inchiostro conduttivo che impedisce il suo flusso all'interno. La viscosità è troppo piccola, la fluidità dell'inchiostro conduttivo è troppo grande, l'imprinting della pellicola di inchiostro è facile da espandere durante il processo di stampa, la definizione della linea viene abbassata e la risoluzione della linea fine e lo spessore del film di inchiostro sono difficili da soddisfare i requisiti. Tuttavia, la viscosità è troppo grande. Con una certa velocità di taglio, l'inchiostro conduttivo presenta buone proprietà di scorrimento e scarsa fluidità e non è facilmente trasferibile nel materiale di stampa. Ci sono vuoti, fili rotti e fori di spillo nel mezzo del film d'inchiostro, specialmente l'uniformità di stampa dei fili sottili è seriamente degradata. .
Inoltre, l'inchiostro conduttivo deve avere anche una buona tixotropia, poiché la tixotropia è una misura del rapido recupero della viscosità dell'inchiostro conduttivo. La pellicola di inchiostro viene depositata sul materiale di stampa dopo la stampa. Se la viscosità continua ad essere piccola, il bordo della linea tende a collassare. Piccole lacune sono sfocate.
Pertanto, un inchiostro conduttivo che soddisfi un'alta qualità di stampa dovrebbe avere le seguenti proprietà nel processo di stampa, come mostrato in FIG.
Il testo è descritto come: alta viscosità è richiesta durante la conservazione per evitare che le particelle metalliche si affondino a causa della gravità; con la stampa ad alta velocità, la viscosità viene rapidamente ridotta, la fluidità e la duttilità aumentano notevolmente e l'inchiostro conduttivo può essere trasferito senza problemi sul substrato attraverso l'ugello. Dopo la stampa, l'inchiostro conduttivo ripristina rapidamente l'alta viscosità, rendendo i limiti della linea chiari e uniformi, ottenendo una risoluzione più elevata.
2. Meccanismo conduttivo di inchiostro conduttivo
Il meccanismo conduttivo dell'inchiostro conduttivo comprende principalmente la teoria della percolazione macroscopica e l'effetto tunnel microscopico di meccanica quantistica. La frazione volumetrica delle particelle metalliche nell'inchiostro conduttivo è un indicatore importante delle prestazioni elettrochimiche degli inchiostri conduttivi e un fattore chiave che influenza le proprietà reologiche degli inchiostri conduttivi.
Il meccanismo conduttivo dell'inchiostro conduttivo influisce direttamente sul comportamento conduttivo del film di inchiostro conduttivo stampato con l'inchiostro conduttivo. I due meccanismi conduttivi degli inchiostri conduttivi sono descritti di seguito.
2.1 teoria della filtrazione: nella pellicola di inchiostro stampata del filo, se la frazione volumetrica fv delle particelle metalliche conduttive è elevata, le particelle sono in contatto diretto tra loro, o il gap di particelle è inferiore alla normale distanza di migrazione dell'atomo (circa 10 nm), il film di inchiostro del filo è lungo La direzione del campo elettrico viene applicata per formare una rete continua di canali conduttivi e gli elettroni liberi si spostano direttamente lungo il percorso conduttivo per formare una corrente. Maggiore è il numero di particelle metalliche nel film d'inchiostro, minore è il divario di particelle, più particelle metalliche sono in contatto, più densa è la rete conduttiva e più forte è la conduttività del filo, che è il fenomeno di infiltrazione dell'inchiostro conduttivo.
2.2 Effetto tunneling: quando la frazione di volume fv delle particelle di metallo conduttivo nel film di inchiostro da stampa viene abbassata, i canali conduttivi nell'inchiostro conduttivo vengono gradualmente ridotti, una parte delle particelle viene completamente separata dal mezzo isolante e una parte di le particelle metalliche sono ancora collegate l'una all'altra. Quando il mezzo isolante è inferiore a 100 nm, gli elettroni attivati dalla vibrazione termica possono anche saltare sopra la barriera formata dallo strato isolante alle particelle conduttive adiacenti, formando una grande corrente di tunnel, o attraversando un potenziale di strato isolante molto basso. Il flusso della barriera genera una grande corrente di emissione del campo. A questo punto, l'interfaccia dello strato isolante agisce come una capacità corrispondente alla distribuzione interna, che è un fenomeno di "tunneling" dell'inchiostro conduttivo.
Con il cambiamento della frazione volumetrica fv delle particelle metalliche conduttive nel film di inchiostro da stampa, il fenomeno di infiltrazione e l'effetto tunnel dell'inchiostro conduttivo esistono o scompaiono, e il comportamento conduttivo della pellicola di inchiostro a filo stampato mostra anche tre stati diversi .
In presenza del solo flusso di inchiostro conduttivo, quando il gap di particelle è inferiore a 10 nm, la matrice polimerica isolante è solo alcune isole isolate nel film di inchiostro. Il meccanismo conduttivo dell'inchiostro è simile a quello del metallo solido puro, mantenendo la migrazione di elettroni liberi nel metallo. La conduttività è determinata dalla conduzione ohmica delle particelle metalliche conduttive. Tuttavia, l'isola polimerica isolante nell'inchiostro prolunga il percorso conduttivo degli elettroni liberi e ha un forte effetto di dispersione sui trasportatori conduttivi metallici, in modo che il percorso libero medio degli elettroni sia leggermente ridotto.
Quando lo spazio tra le particelle è maggiore di 10 nm e inferiore a 100 nm, la modalità di trasmissione degli elettroni liberi ha due tipi di penetrazione lungo la struttura del labirinto e la perforazione elettronica tra le particelle metalliche. Il comportamento di conduzione del film di inchiostro a filo è una combinazione di effetto tunnel e effetto di percolazione.
Se la frazione volumetrica fv delle particelle metalliche nell'inchiostro conduttivo continua a diminuire e lo spazio tra le particelle è maggiore di 100 nm, l'inchiostro conduttivo passa dalla struttura metallica alle isole isolate delle particelle metalliche nel mezzo del mezzo isolante e la densità dei canali di permeazione tra le particelle diminuisce. La conduttanza del metallo viene gradualmente indebolita e il processo di trasporto di portanti tra particelle metalliche adiacenti isolate mediante tunneling eccitato da campi o campi diventa sempre più importante. Fino a quando il fenomeno di transizione di elettroni liberi nel film di inchiostro scompare, la pellicola di inchiostro del filo dell'antenna a tag diventa quasi un isolante.
V. conclusione
Gli inchiostri conduttivi sono considerati l'unica tecnologia che ha ottenuto l'accettazione a livello mondiale. Gli inchiostri conduttivi sono inchiostri che vengono stampati su substrati non conduttivi per condurre corrente ed eliminare la carica statica. Di solito sono stampati su plastica, vetro, ceramica. O substrati non conduttivi come il cartone. Esistono molti metodi di stampa, come la serigrafia, la stampa tipografica, la stampa flessografica, la stampa rotocalco e la litografia. Diversi metodi di stampa possono essere selezionati in base ai requisiti di spessore del film e anche la resistenza, la resistenza alla saldatura e la resistenza all'abrasione sono diverse a seconda dello spessore del film.
Senza lo sviluppo di inchiostri conduttivi, non vi è alcuna applicazione della tecnologia di stampa nella produzione di etichette RFID. Sebbene il mercato RFID sia in crescita, la crescita a lungo termine attesa per molto tempo dipende dalla riduzione del costo di produzione dei tag RFID e dalla loro applicazione su larga scala di prodotti comuni. La stampa di inchiostri conduttivi sarà la soluzione ideale per ridurre il costo della produzione di etichette RFID. Attualmente, gli inchiostri conduttivi per la stampa di antenne RFID rappresentano solo una parte molto piccola dell'intero mercato dell'inchiostro conduttivo. Tuttavia, l'industria ritiene che nei prossimi 10 anni la quota di inchiostri conduttivi utilizzati nella stampa di antenne RFID continuerà a crescere rapidamente nell'intero mercato dell'inchiostro conduttivo. Allo stesso tempo, anche la quota di inchiostri conduttivi nell'intero mercato dell'inchiostro aumenterà in modo significativo.