Pesquisadores da Universidade de Grenoble Alpes desenvolveram um método para imprimir a eletrônica em uma etiqueta RFID 13.56 MHz de comunicação Near Field Communication (NFC), usando tintas metálicas no papel PowerCoat. O sistema foi testado com dois métodos de impressão e três métodos de sinterização para tinta condutora para criar a antena de laço da etiqueta. O trabalho foi realizado com o pesquisador Mohamed Saadaoui, da Ecole des Mines de Saint-Etienne, Centro de Microélectronique de Provence, em Gardanne.

A pesquisa foi conduzida como uma tese de doutorado para Victor Thénot, patrocinado pela empresa de papel Arjowiggins, usando a PowerCoat, uma marca de produtos de papel Arjowiggins projetada para a impressão de circuitos eletrônicos.

O projeto, intitulado "Impressão e sinterização seletiva de tintas à base de metal em papel, otimização de propriedades elétricas de circuitos RFID-HF para produção industrial", alavanca um substrato de papel liso projetado especificamente para eleições impressas. A defesa da tese de doutorado de Thénot ocorreu em julho de 2017, e agora está sendo lançada sob a forma de um documento.

A maioria das etiquetas NFC e outras etiquetas RFID passivas são construídas a partir de antenas de cobre ou alumínio gravadas e um chip aplicado a substratos de poliimida, ou PET, PEN ou material de PVC. Alternativamente, se a eletrônica for impressa, isso geralmente é realizado usando tintas condutoras em um substrato plástico. No entanto, os pesquisadores da Grenoble Alpes observam que as versões impressas e não impressas das etiquetas, com o substrato de plástico, possuem uma pegada de carbono significativa.

O grupo procurou encontrar uma maneira de fornecer uma solução renovável, explica Denis Curtil, engenheiro de pesquisa da Universidade de Grenoble Alpes, com etiquetas RFID impressas em papel, que ofereceu uma boa taxa de desempenho. Eles criaram o sistema de etiquetas imprimíveis para oferecer aos fabricantes de tags uma alternativa de papel para materiais plásticos e não recicláveis, mais tipicamente usados ​​em tags RFID, diz ele.

As fibras de celulose presentes no papel servem como polímero mais abundante na Terra, dizem os pesquisadores, e fornecem uma fonte renovável que pode servir como substrato para a eletrônica impressa. "O substrato sendo papel, este recurso é baseado em bio, renovável e reciclável", diz Nadège Reverdy-Bruas, professor associado da Universidade de Grenoble Alpes e supervisor do projeto. "Outra vantagem é seu baixo custo em comparação com outros substratos dedicados à eletrônica impressa".

Os pesquisadores da Grenoble Alpes precisaram do papel para suportar aquecimento de até 180 graus Celsius durante o processamento. A equipe usou um processo de sinterização após a aplicação de tinta para tornar o material de tinta no papel condutor, sem necessidade de calor acima de 180 graus. Os pesquisadores usaram dois processos para imprimir as tags - impressão de tela e flexografia - criando sempre um loop de antena NFC com um padrão de quatro voltas. Eles então mediram as propriedades geométricas da tinta da tag, como a espessura, e testaram o desempenho elétrico.

No caso da serigrafia, a antena foi impressa no papel PowerCoat usando uma impressora ASM SMT Solutions DEK Horizon 03i com uma tela de malha de poliéster. As tags resultantes, afirma Reverdy-Bruas, revelaram ser a mais alta qualidade para tintas de micropartículas, em termos de desempenho elétrico.

O processo de roll-to-roll flexográfico consistiu em um cilindro gravado com anilox com tinta fluida. Neste método, a tinta foi transferida para uma placa de impressão (fotopolimero em relevo), e depois sobre o substrato de papel. "Uma das vantagens desse processo", diz Curtil, "é que é amplamente utilizado para embalagem e rotulagem em papel e plásticos".

A versão de flexografia consistiu em uma máquina de bobina-bobina com um carretel de 30 centímetros de largura e dois secadores de ar quente, bem como drivers infravermelhos e Adphos-NIR a uma velocidade de 8 metros por minuto. Entretanto, a qualidade desse método foi a mais baixa dos três. O resultado final, o achado em termos de desempenho elétrico, foi um pouco menor que a serigrafia usando micropartículas.

A sinterização funcionou bem no papel, determinaram os pesquisadores. As etiquetas NFC não responderam a interrogação na sensibilidade de uma marca gravada com químicos; no entanto, Curtil diz que ainda funcionou suficientemente bem para habilitar a maioria dos aplicativos NFC em que uma etiqueta seria lida através do leitor NFC incorporado de um smartphone.

Com este método de impressão NFC em papel, Reverdy-Bruas diz que as marcas resultantes não só seriam menos onerosas e renováveis, mas também poderiam ser mais facilmente incorporadas em produtos de papel. "Agora torna-se possível a inteligência integrada em todas as mídias impressas", afirma.