Investigadores de la Universidad de Grenoble Alpes han desarrollado un método para imprimir la electrónica en una etiqueta de RFID 13.56 MHz de Near Field Communication (NFC), utilizando tintas metálicas en papel PowerCoat. El sistema se probó con dos métodos de impresión y tres métodos de sinterización para tinta conductiva para crear la antena de cuadro de la etiqueta. El trabajo fue realizado con el investigador Mohamed Saadaoui, de la Ecole des Mines de Saint-Etienne, Centro de Microelectrónica de Provenza, en Gardanne.

La investigación se realizó como una tesis doctoral para Victor Thénot, patrocinada por la compañía de papel Arjowiggins, utilizando PowerCoat, una marca de productos de papel de Arjowiggins diseñada para la impresión de circuitos electrónicos.

El proyecto, titulado "Impresión y sinterización selectiva de tintas basadas en metal en papel; Optimización de propiedades eléctricas de RFID-HF Loops para producción industrial", aprovecha un sustrato de papel liso diseñado específicamente para las elecciones impresas. La defensa de la tesis doctoral de Thénot tuvo lugar en julio de 2017 y ahora se está lanzando en forma de un documento.

La mayoría de las etiquetas NFC y otras etiquetas pasivas de RFID están construidas con antenas grabadas de cobre o aluminio y un chip aplicado a sustratos de poliimida, o material PET, PEN o PVC. Alternativamente, si se imprimen los componentes electrónicos, esto se logra típicamente usando tintas conductoras en un sustrato de plástico. Sin embargo, los investigadores de Grenoble Alpes señalan que tanto las versiones impresas como no impresas de las etiquetas, con el sustrato de plástico, tienen una huella de carbono significativa.

El grupo buscó encontrar una manera de proporcionar una solución renovable, explica Denis Curtil, un ingeniero de investigación en la Universidad de Grenoble Alpes, con etiquetas RFID impresas en papel, que ofrecen una buena tasa de rendimiento. Diseñaron el sistema de etiquetas imprimibles para ofrecer a los creadores de etiquetas una alternativa en papel a los materiales plásticos no reciclables más utilizados en las etiquetas RFID, afirma.

Las fibras de celulosa presentes en el papel sirven como el polímero más abundante en la Tierra, dicen los investigadores, y proporcionan una fuente renovable que puede servir como sustrato para la electrónica impresa. "El sustrato es papel, este recurso es biodegradable, renovable y reciclable", dice Nadège Reverdy-Bruas, profesora asociada de la Universidad de Grenoble Alpes y supervisora ​​del proyecto. "Otra ventaja es su bajo costo en comparación con otros sustratos dedicados a la electrónica impresa".

Los investigadores de Grenoble Alpes necesitaron que el papel resistiera el calentamiento de hasta 180 grados Celsius durante el procesamiento. El equipo utilizó un proceso de sinterización después de la aplicación de tinta para hacer que el material de tinta en el papel sea conductor, sin requerir calor por encima de 180 grados. Los investigadores utilizaron dos procesos para imprimir las etiquetas: serigrafía y flexografía, en cada caso creando un bucle de antena NFC con un patrón de cuatro vueltas. Luego midieron las propiedades geométricas de la tinta de la etiqueta, como el grosor, y probaron el rendimiento eléctrico.

En el caso de la serigrafía, la antena se imprimió en papel PowerCoat utilizando una impresora DEM Horizon 03i de ASM SMT Solutions con una pantalla de malla de poliéster. Las etiquetas resultantes, dice Reverdy-Bruas, demostraron ser de la más alta calidad para las tintas de micropartículas, en términos de rendimiento eléctrico.

El proceso flexográfico de rollo a rollo consistió en un cilindro anilox grabado con una tinta fluida. En este método, la tinta se transfirió a una placa de impresión (fotopolímero en relieve) y luego al sustrato de papel. "Una de las ventajas de este proceso", dice Curtil, "es que es ampliamente utilizado para el envasado y etiquetado en papel y plásticos".

La versión de flexografía consistía en una máquina de bobina a bobina con un carrete de 30 centímetros de ancho y dos secadores de aire caliente, así como controladores infrarrojos y Adphos-NIR a una velocidad de 8 metros por minuto. La calidad de este método fue la más baja de las tres, sin embargo. El resultado final, el encontrado en términos de rendimiento eléctrico, fue algo menor que la impresión de pantalla con micropartículas.

La sinterización funcionó bien en el papel, determinaron los investigadores. Las etiquetas NFC no respondieron a la interrogación a la sensibilidad de una etiqueta grabada químicamente; sin embargo, dice Curtil, todavía funcionaba lo suficientemente bien como para permitir la mayoría de las aplicaciones NFC en las que se leería una etiqueta a través del lector NFC incorporado de un teléfono inteligente.

Con este método de impresión NFC en papel, dice Reverdy-Bruas, las etiquetas resultantes no solo serían menos costosas y más renovables que las versiones de plástico, sino que también podrían incorporarse más fácilmente a los productos de papel. "Ahora es posible la inteligencia integrada en todos los medios impresos", afirma.