Исследователи из Университета Гренобльских Альп разработали метод печати электроники на радиочастотной метке 1350 МГц RFID-метки Near Field Communication (NFC), используя чернила на основе металлов на бумаге PowerCoat. Система была протестирована с использованием двух методов печати и трех методов спекания для проводящих чернил для создания рамочной антенны тега. Работа была проведена с исследователем Мохамедом Саадауи, Эко-де-Майне де Сент-Этьен, Центр микроэлектроники де Прованс, в Гардане.
Исследование проводилось как докторская диссертация для Виктора Тенота, спонсируемая бумажной компанией Arjowiggins, используя PowerCoat, марку бумажных изделий Arjowiggins, предназначенную для печати электронных схем.
Проект под названием «Полиграфическое и выборочное спекание чернил на основе металлов на бумаге, оптимизация электрических свойств RFID-HF-циклов для промышленного производства» использует гладкий бумажный субстрат, предназначенный специально для печатных выборов. Докторская защита диссертации была проведена в июле 2017 года и теперь выпущена в виде газеты.
Большинство тегов NFC и других пассивных RFID-меток построены из протравленных медных или алюминиевых антенн и чипа, нанесенного на полиимидные подложки, или из ПЭТ, ПЕН или ПВХ-материала. В качестве альтернативы, если электроника печатается, это обычно выполняется с использованием проводящих чернил на пластиковой подложке. Однако исследователи из Гренобльских Альп отмечают, что как печатные, так и непечатные версии тегов с пластиковой подложкой имеют значительный углеродный след.
Группа стремилась найти способ предоставить возобновляемое решение, объясняет Денис Куртил, инженер-исследователь из Университета Гренобльских Альп, с напечатанными метками RFID на бумаге, которые обеспечивают хорошую производительность. Они разработали печатную систему тегов, чтобы предложить изготовителям тегов бумажную альтернативу пластиковым, не подлежащим вторичной переработке материалам, более часто используемым в тегах RFID, говорит он.
Исследователи говорят, что волокна целлюлозы, присутствующие в бумаге, являются наиболее распространенным полимером на Земле и обеспечивают возобновляемый источник, который может служить основой для печатной электроники. «Субстрат, являющийся бумагой, этот ресурс основан на биоресурсах, возобновляем и перерабатывается», - говорит Надей Реверди-Бруас, адъюнкт-профессор Университета Гренобльских Альп и руководитель проекта. «Еще одно преимущество - низкая стоимость по сравнению с другими подложками, предназначенными для печатной электроники».
Исследователи Гренобльских Альп нуждались в бумаге, чтобы выдерживать нагрев до 180 градусов по Цельсию во время обработки. Команда использовала процесс спекания после нанесения чернил, чтобы сделать чернильный материал на бумаге проводящей, не требуя тепла выше 180 градусов. Исследователи использовали два процесса для печати трафаретной печати и флексографии - в каждом случае создавая петлю антенны NFC с четырехкратным рисунком. Затем они измерили геометрические свойства чернил тега, такие как толщина, и проверили электрические характеристики.
В случае трафаретной печати антенна была напечатана на бумаге PowerCoat с использованием принтера ASM SMT Solutions DEK Horizon 03i с полиэфирным сетчатым экраном. Полученные теги, по словам Реверди-Брюса, оказались наивысшим качеством для микрочастичных чернил с точки зрения электрических характеристик.
Флексографический рулон-рулонный процесс состоял из цилиндра с анилоксом-гравировкой с жидкостью. В этом способе чернила переносили на печатную форму (фотополимер с рельефом), а затем на бумажную подложку. «Одним из преимуществ этого процесса, - говорит Куртил, - заключается в том, что он широко используется для упаковки и маркировки на бумаге и пластмассах».
Версия для флексографии состояла из барабанной катушки с 30-сантиметровым барабаном и двумя сушильниками для горячего воздуха, а также с инфракрасными и Adphos-NIR-драйверами со скоростью 8 метров в минуту. Однако качество этого метода было самым низким из трех. Конечный результат, определяемый электрическими характеристиками, был несколько ниже, чем трафаретная печать с использованием микрочастиц.
Исследователи определили. Ячейки NFC не реагировали на опрос при чувствительности метки с химическим травлением; однако Curtil говорит, что он по-прежнему работает достаточно хорошо, чтобы включить большинство приложений NFC, в которых тег будет считываться через встроенный считыватель NFC смартфона.
С помощью этого метода печати NFC на бумаге Reverdy-Bruas говорит, что полученные теги не только будут менее дорогими и более возобновляемыми, чем пластиковые версии, но также могут быть легче встроены в бумажные изделия. «Теперь становится возможным интегрировать интеллект во все печатные медиа», - заявляет она.
