背景技術

　　目前，物聯網、電子商務都已列入國家重點發展規劃，在國家宏觀政策的大力推動下，“物聯網”概念逐漸清晰，應用圖景日漸明晰。依據眾多前瞻性研究機構的觀點，2018年將成為物聯網應用進入爆發期的元年。基于物聯網及大數據技術支持的“互聯網+’’電子商務業態逐漸以其高精準的客戶定位及快消品行業快速消費粘性保持優勢，必將成為未來產品銷售策略成功的關鍵。

　　射頻識別技術(Radio Frequency Identification, RFID)是上世紀末開始發展的一種自動識別技術。該技術利用無線射頻原理進行非接觸性雙向通信，以實現目標識別并進行數據交換。同傳統的識別技術相比，RFID具有識別距離遠，識別信息內容豐富，識別效率高，使用范圍廣泛，具有較好的魯棒性等顯著優勢。正是由于這些獨特優勢，射頻識別技術受到業界及研究人員的廣泛關注并逐漸成為物聯網及“互聯網+’’電子商務業態的重要硬件支撐。

　　一套完整的RFID系統，由RFID電子標簽、閱讀器、工作平臺三部份組成。由閱讀器發射固定頻率的無線電波至RFID電子標簽，標簽在驅動下將內部數據送出，閱讀器依序接收解讀數據，并送到數據后臺進行處理。

　　系統工作方式如下圖所示：

　　圖1. RFID系統工作示意圖

　　按工作頻段分，RFID可以被分為4個主要頻段：低頻(9135 kHz )，高頻(13.56 MHz )、超高頻(300 MHz一 1.2 GHz )、微波(2.455.8 GHz )。使用低頻、高頻頻率工作的射頻識別系統所利用的是電感禍合來進行工作，而超高頻和微波頻率工作的射頻識別系統則主要利用的是電磁場禍合進行工作。

　　具體的技術參數如表1所示：

　　天線作為RFID最重要的功能單元，其制備方法受制于微圖形化導電線路制備技術發展。業已發展的RFID天線制造方法主要包括：

　　蝕刻法：首先在塑料/紙基材上層壓鋁金屬箔，然后通過曝光、顯影、蝕刻等工序，獲得需要的天線圖形。

　　印刷法：印刷天線是直接用導電油墨(碳漿、銅漿、銀漿等)在絕緣基板(或薄膜)上印刷導電線路，形成天線的電路。

　　基于前驅油墨的全印制RFID制造技術

　　鑒于金屬納米級油墨納米化成本高、易團聚賭塞噴頭、噴墨印制后的性能變差且需高溫/光固化等工藝缺陷，電子薄膜與集成器件國家重點實驗室(電子科技大學)開發出了一種新型全印制RFID制造技術，可較好地克服目前可印制功能性油墨易團聚、易堵塞噴嘴、價格昂貴的缺點。

　　該技術核心思想是：采用一種溶液型前驅油墨噴印 圖形，然后采用特殊圖形固化工藝，最后經約束性化學沉積，自組織生長形成導電圖形。

　　新技術工藝路線為：溶液型前驅油墨的制備→基板選取及預處理→噴墨打印圖形→圖形固化→約束性化學沉積生長銅、銀、鎳等金屬導電圖形。

　　圖2.紙基RFID全印制制備工藝思想

　　項目組基于柔性基板開展了射頻天線(NFC、RFID)設計仿真研究，并采用噴墨印制技術，在厚度0.125mm 的柔性PI 薄膜基材上印制制備了NFC天線，經矢量網絡分析儀測試分析，其場發射性能與目前的國際某手機品牌用納米銀漿絲印技術產品接近。

　　圖3.全印制NFC天線照片

　　(內插圖為國際某手機品牌用納米銀漿絲印技術產品)

　　圖4.全印制NFC天線矢量網絡分析儀測試對比

　　(左圖為實驗室樣品數據)

　　此外，項目組突破了紙基材料電氣特性仿真、射頻線路設計及制備等關鍵技術，實現了紙基RFID標簽的小批量化制備(參見圖5)，同時對其應用于物聯網節點器件時的綠色環保性、彎折可靠性進行了長期論證(參見圖6}7 )。目前項目組已設計開發了R2R工業生產裝備(參見圖8)，并開展了工程化應用前期的全面論證工作。

　　圖5.全印制RFID樣品(a)、射頻收發測試(b)、

　　全印制紙基RFID批量化產品(c)

　　圖6. UHF-RFID標簽測試及燃燒性試驗

　　圖7.紙基RFID產品不同角度彎折的SEM圖(a、b)

　　及彎折可靠性測試(c, d, e )

　　圖8. R2R柔版印制RFID生產設備中試樣機

　　全印制生物及物聯網傳感器制造技術

　　項目組針對未來物聯網技術體系中信息感知器件的設計及全印制實現開展了研究。在低成本血糖傳感器方向上，項目組通過在PI基全印制三電極結構表面印制rG0/Fe30}/GOx功能層，實現了血糖傳感器酶電極的全印制制備(參見圖9)。結果表明，血糖傳感器酶電極在不同電壓的掃速下表現出優異的電化學性能，在0.5-lOmM范圍內顯示出良好的線性度(參見圖10)，實現了具有實用意義測試精度(2.645}A/mM)的血糖敏感性測試。

　　圖9.血糖傳感器酶電極的三電極結構(左)及功能層制備示意圖(右)

　　圖10.全印制血糖傳感器的敏感性響應

　　在全印制濕度傳感器方向上，項目組在紙基板上制備了陣列化銅叉指電極，并采用套印技術在電極表面印制MoS2/PVP濕度敏感功能層(參見圖11)。測試表明，全印制陣列化濕度傳感器可呈現電阻型濕度響應，在10~95%RH濕度范圍內響應穩定性優異，從11%RH到95%RH的響應和恢復時間分別為2s和3s，且表現出較小濕滯。將傳感器置于人體口鼻處，測試發現，其響應恢復特性曲線可隨人體呼吸速率快速響應，具有高靈敏度呼吸監測功能(參見圖12 )。

　　圖11.陣列化全印制銅叉指電極的光學照片(a, b )，套印濕度敏感功能層后的光學照片(c, d )，濕敏傳感器件的I-V特性曲線圖(o)，濕敏傳感器件從低濕度到高濕度的響應/恢復時間特性(f)，濕敏傳感器件從低濕度到高濕度的響應/恢復時間曲線(g)，及濕滯曲線(f)

　　圖12.紙基全印制濕度敏感器件對人體呼吸的監測

　　項目技術在智能包裝及智能營銷體系中的應用

　　基于RFID技術應用的“智能包裝”在快消品包裝管理體系中具有巨大的應用潛力。在決策環節，借助RFID技術可實現快消品行業宏觀決策、管理數字化。RFID的應用為決策機構準確、實時掌握工業企業、商業企業、零售終端環節數據提供了數據支持，為行業宏觀決策提供了真實、可靠、完整的“大數據”支持，對企業新品牌建設與培育提供了重要技術支撐。在原材料采購管理環節，借助RFID技術可對原材料進行溯源追蹤管理，加速材料RFID戶籍卡制管理制，讓購銷記錄、質量、信用等數據得到妥善管理。在工業生產環節，借助RFID技術可實現生產、品控環節數字化，實現工業原材料購進、消耗，成品產生，倉儲管理的數據追蹤;同時，由于RFID芯片數據的安全可靠性，工業企業可以利用RFID芯片數據加密等功能，實現原有傳統的防偽技術和條形碼無法做到的“動態防偽”。在商業銷售環節，借助RFID技術可實現物流分揀、客戶維護、內部監管的數字化，并同時實現產品品牌文化傳播、新媒介駁接，使零售客戶融入整個現代營銷網絡，建立監管產品的市場流通大數據，增進消費者消費慣性粘度。

　　項目技術自主知識產權群建設狀況

　　目前，本技術的核心方法及核心工藝體系均已獲得中國發明專利授權，授權證書如下：

　　此外，研究小組還基于上述母專利，圍繞相關技術改進及在各專項領域的應用另外申請中國發明專利9項，其中4項已授權。項目已基本建立起較為完備的知識產權群，在“溶液型前驅油墨及導電圖形制備方法及應用領域”形成了專利技術壁壘。

　　商業合作模式

　　本研究小組經過近5年的研究，創新性的提出了“具有催化活性的溶液型前驅油墨”導電線路全印制制備技術思想，制備出了一種性能穩定的具有催化活性的溶液型可噴印油墨，初步解決了撓性基板上功能導電薄膜成膜薄膜物理問題，走通了在剛/撓性基板上全印制導電圖形制備的全部工藝。相關技術突破了現有導電油墨全印制制備技術中顆粒型油墨易堵塞噴嘴，需高溫固化等關鍵技術障礙，所獲得導電線路電特性具有國際先進性，相比國際類似技術及產品，實現成本可大幅度降低。所引領的技術方向在國際上產生了較高反響(其中一篇JCR一區刊物論文進入2016全球熱點論文庫)。

　　項目技術在全印制PCB、特種電子基板金屬層制備、陶瓷元件電極賤金屬化低溫制備、射頻NFC/RFID天線、電磁屏蔽膜、柔性基生物傳感器等技術領域均有重要應用價值，產業面廣闊，技術產業化前景已趨明朗。項目組愿與有資本實力及市場前瞻能力的企業與投資機構開展產、學、研合作，共同推進相關技術的產業化應用。

　　在具體商業合作模式方面，本項目技術在核心方法、核心工藝體系、典型應用方面已構建了較為完備的發明專利樹，形成了核心技術壁壘。本項目已申請的11項中國發明專利及已授權的6項發明專利專利權人均為電子科技大學。