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喷印电路技术是一项非接触、全加法、无印版数字化控制的直接图形化电路技术,兼容刚性及柔性板,该技术在电路板、平板电视、电极、RFID天线、太阳能电池栅线以及印刷电子等领域具有重要的研究价值和广阔的应用前景。导电油墨是喷印电路技术的核心原材料,金属纳米材料具有特异的小尺寸热学性质,比如银的常规熔点为962℃,而银纳米银颗粒的熔点可低于100℃,因此,以金属纳米颗粒作为导电填料,开发可喷印导电油墨具有重要的工业价值。RFID标签制造技术是物联网核心技术之一,RFID标签主要由基底、天线和芯片组成。利用喷印电路技术制造RFID天线,不需要蚀刻和印版,且兼容更多的基底,为降低标签成本及推动物联网发展具有举足轻重的作用。
本论文开发了单分散纳米银规模化制备技术,并基于此研制了适合绿色打印的高稳定导电油墨,在本课题组成熟的绿色打印技术支持下,实现了RFID标签的打印以及芯片集成,完成了RFID标签的完整制造,实现了大于4m远距离无线识别。
1.规模化合成纳米银技术。当前纳米银的制备过程中往往需要大量的表面包覆剂,造成材料浪费和后续纳米银分离纯化非常困难。本合成技术克服了以上问题,在显著降低表面包覆剂使用量情况下,完成了纳米银粉的放大(10L)制备,利用溶剂萃取法完成了纳米银的分离纯化,纯化后水溶性纳米银粉中表面包覆剂的含量为3.2wt%,油溶性纳米银粉中表面包覆剂的含量为16.6wt%。
2.导电油墨的稳定性。深入剖析了适合喷印油墨的基本技术指标,全面系统地分析了评价导电油墨稳定性的技术指标和方法,特别是利用紫外吸收光谱定量分析油墨加速离心后沉降效果;通过对溶剂组分的筛选,粘度、表面张力的调节以及挥发性的调配,配制了适合绿色打印的高稳定导电油墨;通过表面涂布工艺,对玻璃、PET、PVC和PI承印基底进行了改性,改性后的承印基底表现出良好的打印效果。
3.基于纳米银导电油墨打印的电路表现出良好的导电性能,激光处理后方阻为105mΩ/口(1μm厚度),电阻率为1.1×10-5Ω·cm,约为纯银电阻的6倍,利用该导电油墨制备的超高频标签天线两端电阻约10Ω,经过倒装法封装芯片后,实现了4~5米远距离无线识别。
4.完成了天线打印、芯片封装、层压制卡完整工艺流程,小批量制造了超高频标准卡,打印集成的RFID标签获得了的国家标准认证以及深圳远望谷等公司对该技术的认可,同时,将制备的标签在海尔青岛冰柜事业部进行了试用,结果表明完全可以替代蚀刻天线用于生产线的记录、追踪和管理。