CN102195128A - 射频识别标签天线及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种射频识别标签天线，其包括基板及碳纳米管薄膜层。该碳纳米管薄膜层设置于该基板上并形成预定图案。该碳纳米管薄膜层由定向排列且首尾相连的多个碳纳米管束组成，每个碳纳米管束包括相互平行排列的多个碳纳米管。所述的天线，通过使用碳纳米管薄膜作为天线的材料，使天线在使用过程中不易氧化，从而提高了RFID系统的可靠性。本发明还涉及一种上述射频识别标签天线的制造方法。

Description

射频识别标签天线及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种射频识别标签天线及其制造方法。

背景技术

目前，无线通讯技术得到广泛应用，如在物流管理上，无线通讯技术具体的应用形式为射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)系统。该系统通常包括三部份，即RFID读写器、RFID标签以及计算机处理端。由于涉及到无线信号的发射及接收，RFID标签通常包括天线。

RFID标签的天线一般使用铜箔作为材料，但是，当长时间使用后，铜箔表面由于长时间接处到空气中的水分，会导致铜箔表面渐渐形成一层氧化铜，导致天线的收发信号功能逐渐丧失，从而影响了RFID系统的可靠性。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种可提高RFID系统可靠性的射频识别标签天线及其制造方法。

一种射频识别标签天线，其包括基板及碳纳米管薄膜层。该碳纳米管薄膜层设置于该基板上并形成有预定图案。该碳纳米管薄膜层由定向排列且首尾相连的多个碳纳米管束组成，每个碳纳米管束包括相互平行排列的多个碳纳米管。

一种射频识别标签天线的制造方法，其包括：

提供基板及碳纳米管薄膜，该碳纳米管薄膜由定向排列且首尾相连的多个碳纳米管束组成，每个碳纳米管束包括相互平行排列的多个碳纳米管；及

将该碳纳米管薄膜拉紧并铺设该基板上以在该基板上形成具有预定图案的碳纳米管薄膜层。

与现有技术相比，本发明提供的射频识别标签天线及其制造方法，通过使用碳纳米管薄膜作为天线的材料，使天线在使用过程中不易氧化，从而提高了RFID系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明第一实施方式提供的一种射频识别标签天线的结构示意图。

图2为图1中的射频识别标签天线的平面示意图。

图3为图1中的射频识别标签天线所使用的碳纳米管薄膜的放大示意图。

图4为图3中的碳纳米管薄膜制备方法的装置示意图。

主要元件符号说明

射频识别标签天线    10

基板                20

粘结层              30

碳纳米管薄膜层      40

保护层              50

碳纳米管束          142

碳纳米管            143

碳纳米管薄膜        118

样品台              110

碳纳米管阵列        116

基底                114

拉伸工具            100

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。

请一并参阅图1至图2，本发明第一实施方式提供的一种射频识别标签天线10包括基板20，粘结层30，碳纳米管薄膜层40及保护层50。

该粘结层30设置于该基板20上，该粘结层30可以按照在基板20上该预定图案的区域进行涂布，也可以按照能整体覆盖该预定图案区域的方式进行涂布。

该碳纳米管薄膜层40粘结于粘结层30上并形成有预定图案。本实施方式中，该预定图案为偶极天线图案。请参图3，该碳纳米管薄膜层40由定向排列且首尾相连的多个碳纳米管束142组成。每个碳纳米管束142包括相互平行排列的多个碳纳米管143。碳纳米管薄膜层40中的碳纳米管束142的长度基本相同，相邻碳纳米管束142之间通过范德华力(Van der Waals force)紧密连接。该多个碳纳米管143的排列方向与该基板20的表面平行。

该保护层50覆盖该碳纳米管薄膜层40及基板20的表面。保护层50由绝缘材料制成以保护该碳纳米管薄膜层40免受损坏。

本实施方式提供的射频识别标签天线10，通过使用碳纳米管薄膜作为天线的材料，使天线在使用过程中不易氧化，从而提高了使用射频识别标签天线10的RFID系统或其它系统的可靠性。

本发明第二实施方式提供一种射频识别标签天线10的制造方法，其包括以下步骤：

S100)提供基板20及碳纳米管薄膜118，该碳纳米管薄膜118由定向排列且首尾相连的多个碳纳米管束142组成，每个碳纳米管束142包括相互平行排列的多个碳纳米管143；

S200)在该基板20上形成粘结层30；

S300)将碳纳米管薄膜118拉紧并铺设该粘结层30上以在该基板20上形成具有预定图案的碳纳米管薄膜层40；及

S400)形成覆盖该碳纳米管薄膜层40的保护层50。

在步骤S100中，请参阅图4，本实施方式的碳纳米管薄膜118以拉膜法制备，该方法具体包括以下步骤：

(一)制备一个碳纳米管阵列116于一个基底114上。

本步骤中，所述碳纳米管阵列116为一超顺排碳纳米管阵列，该超顺排碳纳米管阵列116的制备方法采用化学气相沉积法，其具体步骤包括：(a)提供一平整基底114，该基底可选用P型或N型硅基底，或选用形成有氧化层的硅基底，本实施方式优选为采用4英寸的硅基底114；(b)在基底114表面均匀形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其任意组合的合金之一；(c)将上述形成有催化剂层的基底114在700～900℃的空气中退火约30分钟～90分钟；(d)将处理过的基底114置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500～740℃，然后通入碳源气体反应约5～30分钟，生长得到超顺排碳纳米管阵列116，其高度为200微米～400微米。该超顺排碳纳米管阵列116为多个彼此平行且垂直于基底114生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列116。通过上述控制生长条件，该超顺排碳纳米管阵列116中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。该碳纳米管阵列116中的碳纳米管彼此通过范德华力紧密接触形成阵列。本步骤中碳源气可选用乙炔等化学性质较活泼的碳氢化合物，保护气体可选用氮气、氨气或惰性气体。

上述形成有碳纳米管阵列116的基底114可固定于上。具体地可以选用胶带、黏结剂或机械方式固定基底114于样品台110上。

(二)采用拉伸工具100从碳纳米管阵列116中拉取以获得碳纳米管薄膜118。

所述拉取获得碳纳米管薄膜118的方法具体包括以下步骤：从上述碳纳米管阵列116中选定一定宽度的多个碳纳米管片断，将该多个碳纳米管片段固定于拉伸工具100上，本实施方式优选为采用具有一定宽度的胶带接触碳纳米管阵列116以选定一定宽度的多个碳纳米管片断；以一定速度沿基本垂直于碳纳米管阵列116生长方向拉伸该多个碳纳米管片断，以形成一连续的碳纳米管薄膜118。

在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片断在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离基底114的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片断分别与其它碳纳米管片断首尾相连地连续地被拉出，从而形成碳纳米管薄膜118。该碳纳米管薄膜118中碳纳米管143的排列方向基本平行于该碳纳米管薄膜118的拉伸方向。

该碳纳米管薄膜118的宽度与碳纳米管阵列116所生长的基底114的尺寸有关，该碳纳米管薄膜118的长度不限，可根据实际需求制得。本例子中，采用4英寸的基底114生长超顺排碳纳米管阵列116，该碳纳米管薄膜118的宽度可为1厘米～10厘米，厚度为0.01微米～100微米。

当然，若从超顺排碳纳米管阵列116中拉出的单层碳纳米管薄膜118作为碳纳米管薄膜层40的厚度不能满足实际需要的话，那么，可以将两层或以上的碳纳米管薄膜118相互叠合在一起以构成碳纳米管薄膜层40。在这种情况下，碳纳米管薄膜层40中相邻的两个碳纳米管薄膜118中的碳纳米管排列方向具有一交叉角度α，0°≤α≤90°，具体可依据实际需求制备。相邻两个碳纳米管薄膜118之间通过范德华力紧密结合。

另外，若从阵列116拉出的碳纳米管薄膜118的宽度与射频识别标签天线10实际所需的天线宽度相当，则可将碳纳米管薄膜118拉紧后直接铺设于粘结层30上即可；若从阵列116拉出的碳纳米管薄膜118的宽度比射频识别标签天线10所需的天线宽度大，则可将碳纳米管薄膜118拉紧后直接铺设于粘结层30上后，再用激光对碳纳米管薄膜118进行处理，烧结出所需宽度及形状，即可完成该预定图案的制作。再者，也可利用激光对碳纳米管薄膜118进行处理，碳纳米管薄膜118中具有较大直径的碳纳米管束142将会吸收较多的热量，从而被氧化，使得碳纳米管薄膜118的厚度减少。

一般来说，导电膜需要有一定的平整度(避免厚度不均匀时导致电流流动时的散热问题)。本实施方式的射频识别标签天线10的制造方法，以拉膜法制造碳纳米管薄膜层40，拉出的碳纳米管薄膜118已具有一定平整度，而厚度一般来说皆低于100纳米(nm)，但以铜来说，利用蒸镀法将铜形成在基板上而达到与上述平整度相当的平整度，一般而言至少需镀铜至200～300nm厚度才能实现，而且蒸镀过程容易造成所镀铜箔中间厚、边缘薄的情况出现。因此，碳纳米管薄膜118的厚度只需铜箔的一半，从而节省了材料及避免膜层厚度不均的情况出现。另外，比起铜箔制程先以蒸镀方式镀上整片铜箔，再搭配设计的光罩以及湿蚀刻制程等复杂制程，碳纳米管制成天线只需一般的拉膜，或再加激光进行处理，即可完成天线的制造，从而节省了制造时间及简化了制造过程。

另外，在其它实施方式的射频识别标签天线及其制造方法中，粘结层30及形成粘结层30的步骤可以省略，因碳纳米管具有相当大的比表面积(Specific Area)，故碳纳米管薄膜118具有粘性，可直接粘于基板20上。

另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，如在其它实施方式中，该预定图案可以为其它图案，按实际所需制得。当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (14)

1.一种射频识别标签天线，其特征在于，其包括：

基板；及

设置于该基板上并形成有预定图案的碳纳米管薄膜层，该碳纳米管薄膜层由定向排列且首尾相连的多个碳纳米管束组成，每个碳纳米管束包括相互平行排列的多个碳纳米管。

2.如权利要求1所述的射频识别标签天线，其特征在于，该多个碳纳米管的排列方向与该基板的表面平行。

3.如权利要求1所述的射频识别标签天线，其特征在于，该射频识别标签天线还包括覆盖该碳纳米管薄膜层的保护层。

4.如权利要求3所述的射频识别标签天线，其特征在于，该保护层由绝缘材料制成。

5.如权利要求1所述的射频识别标签天线，其特征在于，该射频识别标签天线还包括位于该基板与该碳纳米管薄膜层之间的粘结层。

6.如权利要求1所述的射频识别标签天线，其特征在于，该碳纳米管薄膜层的厚度小于100纳米。

7.一种射频识别标签天线的制造方法，其包括：

提供基板及碳纳米管薄膜，该碳纳米管薄膜由定向排列且首尾相连的多个碳纳米管束组成，每个碳纳米管束包括相互平行排列的多个碳纳米管；及

将该碳纳米管薄膜拉紧并铺设该基板上以在该基板上形成具有预定图案的碳纳米管薄膜层。

8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，该多个碳纳米管的排列方向与该基板的表面平行。

9.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在将该碳纳米管薄膜铺设该基板上前，该制造方法还包括：在该基板上形成粘结层。

10.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在形成具有预定图案之该碳纳米管薄膜层后，该制造方法还包括：形成覆盖该碳纳米管薄膜层的保护层。

11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，该保护层由绝缘材料制成。

12.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，该碳纳米管薄膜是利用拉膜工具从超顺排碳纳米管阵列拉出的碳纳米管薄膜。

13.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，将该碳纳米管薄膜拉紧并铺设该基板上以在该基板上形成具有预定图案的碳纳米管薄膜层还包括：利用激光对该碳纳米管薄膜进行处理以形成该预定图案。

14.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，该碳纳米管薄膜层的厚度小于100纳米。

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