关于RFID标签技术：天线和芯片那些事儿

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目前，RFID标签技术的进展，主要集中在天线和芯片的制造材料与印刷工艺方面，并成为印刷电子技术一个重要的研究方向。相比RFID标签制作的其他技术，印制技术的诞生使RFID标签在低成本、高效率和环保化方面具有不可比拟的优势，为其进一步在民用领域发挥作用提供了极大的可能。
           
          制造材料的进展
          1、天线材料
          主流RFID天线主要以铜和铝为材料，分别通过线圈绕制和蚀刻工艺制作，产品在可靠性和使用寿命上具有很大优势，因此占据了绝大部分市场。
           
          然而，随着纳米技术的兴起，可直接印制RFID天线的纳米油墨（采用导电材料制成）对现有材料提出了挑战。根据IDtechEX（知名市场研究公司） 统计，2012年全球导电油墨占有28.6亿美元的市场，预计2018年导电油墨市场将达到33.6亿美元，届时，纳米银导电油墨和纳米铜导电油墨市场将 达到7.35亿美元。
           
          不过，纳米导电油墨印制RFID天线技术，目前仍面临着油墨附着力、耐摩擦性、印刷均匀性、导电性与防氧化性需要改善等问题。
           
          （1）纳米银导电油墨
          纳米银导电油墨具有优异的导电性、防氧化性，加上其技术成熟度较高，是印制RFID天线的首选材料。
           
          华中科技大学相关研究组以次磷酸钠为还原剂、六偏磷酸钠为分散剂、PVP为保护剂，与硝酸银溶液反应，制得紫红色银溶胶，加入pH调节剂，将银溶胶 pH值调节至3，经过滤、钝化、洗涤等操作，在60℃温度环境下真空干燥得到平均粒径为30nm左右的纳米银粉，再加入到FA-406油墨中配置成导电油 墨，固化后，该导电油墨具有较好的柔韧性和耐湿热性，且导电性高、印刷均匀性也好。
           
          （2）纳米铜导电油墨
          纳米铜导电油墨虽然导电性比纳米银导电油墨稍差，但价格具有很大的竞争优势，近年来开始成为研究热点。不过，铜的化学性质活泼，这使得如何避免纳米铜颗粒在合成与应用中氧化成为一大难点。
           
          有公司在有机溶剂乙二醇中采用还原法，成功制备了直径为30～50nm的球形纳米铜，且无其他的氧化物存在，这表明乙二醇可以防止纳米铜氧化，同时聚乙二醇分散剂可以增加纳米铜粒子的分散稳定性及均匀性。
           
          2、芯片材料
          在芯片制造领域，衡量制造工艺的基准是芯片内晶体管与导线相连接的宽度，即线宽，宽度越细，该制造工艺越精准。受到原子元件尺寸的限制，半导体芯片的线宽有其物理极限，芯片体积不可能无限小，因此，通、断电的频率到一定程度就很难再提高。
           
          采用碳纳米管（CNTs）来取代硅晶体管，是突破这个瓶颈的最佳方法。CNTs与其他半导体材料相比，不仅尺寸小、电学性能优异、物理和化学性质稳 定，而且CNTs构建的晶体管还具有发热量更少以及运行频率更高等优点，同时，CNTs容易实现溶液化，分离纯化后的CNTs墨水能印刷出高性能的薄膜晶 体管器件。
           
          不可避免的，CNTs也存在着缺点，即制备的CNTs中同时含有金属性和半导体性CNTs。因此，在芯片制造领域，其需要经过分离处理，得到半导体性质的CNTs才能发挥相应的作用。
           
          目前，单壁CNTs的分离一般基于化学方法，较为成熟，有电泳分离法（electrophoretic separation）和层离法（chromatographic method）等，但往往涉及到多种化学试剂，如加入表面活性剂会产生掺杂效应，所以，分离需要多步物理化学过程来完成。
           
          近几年，又出现了一种全新的分离CNTs的方法——库仑爆炸法。库伦爆炸法利用静电排斥的原理使一束单壁CNTs带上同种电荷，当电荷之间的排斥力大 于CNTs之间的范德华力时，即发生库仑爆炸。这种爆炸能使一束碳纳米管相互分离，形成一种独特、新奇的放射状格局，被命名为“纳米树” （nanotree）。经拉曼光谱（Raman spectra）等测试证明，分离后的CNTs具有较小的直径，不到3nm，甚至出现结构完整的单根CNTs。
           
          同时出现的还有其他新技术，如利用不同序列的DNA识别金属性和半导体性单壁CNTs。DNA识别虽然灵敏，但成本高，且耗时长。缩短这一时长可以通 过两相萃取，将不同属性单壁CNTs分离开来，整个过程只需4分钟，比传统的方法快了数十倍，而且成本大幅降低，为分离出的单壁CNTs走向真正意义的应 用提供了可能。