CN103201901A - 电磁波隔离器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电磁波隔离器，所述电磁波隔离器具有至少一个微结构化表面，所述微结构化表面在微结构化表面的深度方向上提供电磁特性的变化。

Description

电磁波隔离器
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2010年11月18日提交的美国临时专利申请No.61/415090的权益。
技术领域
本发明涉及具有微结构化表面的电磁波隔离器。
背景技术
射频识别(RFID)标签被用在广泛的应用中，例如库存管理和安全。这些RFID标签通常被置于物品或容器、如纸板盒上或中。RFID标签与RFID基站或读取器一起工作。读取器供给电磁波输出，所述电磁波输出在特定的载波频率动作。发射自读取器的信号与RFID标签天线耦合而在天线中产生电流。天线电流产生后向散射电磁波，所述后向散射电磁波以读取器的频率被发射。大多数RFID标签含有集成电路，所述集成电路能够存储信息。这些集成电路具有最低电压要求，如果低于此最低电压要求，则这些集成电路不能工作且标签不能被读取。RFID天线中的一些电流通过天线上的电压差而被用来为RFID标签的集成电路加电，集成电路然后使用该电能来调制后向散射信号作为该标签特有的信息。与物理上更远离读取器的RFID标签不同，邻近读取器的RFID标签将接收充足的能量并因此能向其集成电路供给足够的电压。RFID标签仍能被读取的读取器与RFID标签之间的最大距离被称为读取距离。显然，较大的读取距离对几乎所有RFID应用均有利。
对于商业RFID应用来说，RFID系统在许多不同的频率区域工作。低频(LF)范围为约125-150kHz。高频(HF)范围为13.56MHz，特高频(UHF)区域包括850-950MHz、2450MHz和5.8GHz超高频区域(SHF)。
在特高频(UHF)范围中工作的RFID标签的一个好处在于，与在低频或高频工作的标签具有远得多的读取距离的潜能。不幸的是，当标签紧邻金属基材或含水量高的基材时，特高频RFID标签不能被读取。因此，附连至金属容器或附连至含传导性液体、如软饮料的瓶的RFID标签不能从任何距离读取。
发明内容
本发明的至少一个实施例提供了一种电磁波隔离器，所述电磁波隔离器可例如与高频RFID标签一起配合可能干扰RFID标签工作的基材、特别是金属基材以及用来容纳液体的基材来使用。
本发明的至少一个实施例提供了一种制品，所述制品包括电磁波隔离器，所述电磁波隔离器至少包括第一区段和相邻的第二区段，所述第一区段具有第一和第二主表面，所述第二区段具有第一和第二表面，其中所述区段中至少一个具有微结构化主表面。
本发明的至少一个实施例提供了一种制品，所述制品包括电磁波隔离器和接收电磁波或生成电磁波或既接收电磁波又生成电磁波的部件，所述电磁波隔离器至少包括第一区段和相邻的第二区段，所述第一区段具有第一和第二主表面，所述第二区段具有第一和第二表面，其中所述区段中至少一个在至少一个主表面上具有微结构化特征；所述部件连接到电磁波隔离器；其中所述部件生成或接收的波的长度大于电磁波隔离器的区段的至少一个主表面上微结构化特征的周期性。
本发明中所用的
“微结构化”是指在表面上具有结构元素或特征，所述元素或特征的维度，如高度、深度和周期性中的至少一者在微米尺度上，例如介于约1微米和约2000微米之间；
“高电容率”是指电容率高于5；和
“高磁导率”是指磁导率高于3。
本发明至少一个实施例的一个优势在于对于给定的隔离器厚度而言提供较长读取距离的隔离器。
本发明至少一个实施例的另一优势在于对于给定的读取距离而言具有较薄隔离器厚度的隔离器。
本发明的上述概述并不意图描述本发明的每个公开的实施例或每种实施方式。以下的附图和详细说明更具体地举例说明了示例性的实施例。
附图说明
图1示出了本发明的电磁波隔离器的一个实施例。
图2a-21示出了由两种或更多种材料制成的本发明电磁波隔离器的实施例的不同示意性剖面。
图3示出了本发明的电磁波隔离器的一个实施例。
图4示出了具有不对称阶梯状角锥形微结构化特征的本发明电磁波隔离器的一个实施例。
图5示出了具有抛物体形微结构化特征的本发明电磁波隔离器的一个实施例的示意性剖面。
图6示出了本发明的电磁波隔离器的一个实施例的顶视图和侧视图。
图7示出了具有四面体微结构化特征的本发明电磁波隔离器的一个实施例。
图8示出了具有圆柱形支柱微结构化特征的本发明电磁波隔离器的一个实施例。
图9示出了具有双峰微结构化特征的本发明电磁波隔离器的一个实施例的示意性剖面。
图10示出了包括本发明电磁波隔离器的RFID标签系统的一个实施例。
图11示出了比较本发明隔离器与对比制品的厚度相对于其读取范围的曲线图。
图12示出了比较本发明隔离器与对比制品的厚度相对于其读取范围的曲线图。
具体实施方式
在以下说明中，参考构成本说明一部分的附图，在附图中以图示方式示出了若干具体实施例。应当理解，在不脱离本发明的范围或精神的前提下，可以设想出其他实施例并进行实施。因此，以下的具体实施方式不具有限制性意义。
除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语“约”来修饰的。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，这些近似值可以变化。通过端值表示的数值范围包括该范围内的所有数字(如，1到5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的任何范围。
本发明的一个方面为具有至少一个微结构化表面或界面的电磁波隔离器。所述微结构化表面或界面提供微结构化部分的深度方向上电磁特性的变化。所述变化可为逐渐变化或阶跃变化。本发明的电磁波隔离器获得此电磁特性的变化至少部分归因于其物理特征。这与因用来制造隔离器每个层的材料的电磁特性的变化或通过隔离器特定层内组分梯度而在隔离器的深度方向上获得电磁特性的变化的现有技术电磁波隔离器大不相同。图1示意了具有角锥形微结构化表面的本发明电磁波隔离器，并指示了微结构化部分中具有等效电容率(ε0；ε1＞ε0；ε2＞ε1；和ε3＞ε2)的一些示例性平面。其他电磁特性、例如磁导率相应地具有类似的变型。在至少一个实施例中，当至少一个微结构化特征的周期性小于或者其周期性和高度二者都小于隔离器材料内的电磁波长时，微结构化部分将有效地提供电磁特性梯度。对于远大于微结构化周期性的电磁波长，微结构化部分将产生一种介质，在其中，从自由空间(或不同材料)到基部部分(即，与微结构化部分相邻、由与微结构化部分相同的材料制成但不含微结构化特征的微结构化隔离器区段部分)，电磁特性随微结构化部分的表面或界面的几何形状而异。通过电磁特性、微结构化图案、总体隔离器厚度以及微结构化部分厚度相对基部部分厚度的比率的适当匹配，构造的反射率和/或隔离器特性可针对特定的天线设计得以增强。对于其中隔离介质中波长小于微结构化图案的周期性的电磁频率，在本发明的至少一个实施例中，微结构化特征充当改变隔离器构造中该区域内的有效电磁特性的方法。隔离介质中的波长由λ0(εrμr)-1/2给出。对于εr＝300、μr＝l并且微结构化特征的周期性为2mm的隔离器，截止频率为约9GHz。对于低于约9GHz的电磁辐射，具有微结构化角锥形阵列的隔离器将表现得好像其在微结构化区域内具有连续地变化的电容率似的。高于约9GHz时，微结构化特征将表现得更像离散结构。对于εr＝30、μr＝l并且微结构化特征的周期性为0.3mm的隔离器，截止频率为约200GHz。
在本发明的至少一个实施例中，微结构化表面产生(或提供)不与天线的总体平面平行的界面，所述界面与该界面两侧上隔离器的相邻三维特征限定包括电磁特性不同的材料的空间。
本发明的电磁波隔离器的至少一个实施例包括填充有高电容率和/或高磁导率填料材料的粘结剂材料，所述填料材料形成在构造中使得至少一个表面具有特征的重复阵列。填充有高电容率和/或高磁导率填料的粘结剂材料可形成为连续的微结构化膜或片材，如在基于幅材的工艺中，或者其可被用在生产个别件的工艺中，例如针对非常特定的形状或应用所设计的那些。通常，所述材料将包括约80重量％至约95重量％的填料。但所述量高度取决于粘结剂和填料的比重以及其他参数、如粒子形状、粒子与粘结剂的相容性、制造工艺的类型、是否使用了溶剂及使用了何种类型的溶剂等。
在本发明的至少一个实施例中，可将粘结剂(通常在低浓度下)与高电容率或高磁导率材料共混，可形成微结构化图案，粘结剂可被蒸发或烧除，构造可被烧结。
合适的粘结剂包括热塑性塑料、热固性塑料、可固化液体、热塑性弹性体或其他已知的用于分散和粘结填料的材料。具体的合适材料包括相对非极性的材料、如聚乙烯、聚丙烯、有机硅、硅橡胶、聚烯烃共聚物、EPDM等；极性材料、如氯化聚乙烯、丙烯酸酯、聚氨酯等；和可固化材料、如环氧树脂、丙烯酸酯、氨基甲酸酯等；以及不可固化的材料。用来制造本发明隔离器的粘结剂材料可填充有不同类型的低介电常数填料，包括玻璃泡、空气(例如，以产生泡沫)和聚四氟乙烯(PTFE)，例如特氟龙。PTFE、例如特氟龙，自身也可用作粘结剂。用来制造本发明隔离器一个或多个区段的材料也可填充有低浓度的经增容剂处理的纳米粒子，例如美国专利公开No.2008/0153963中描述的那些，这些纳米粒子与高介电常数或高磁导率填料共混以允许填料更自由地流动和共混到粘结剂(如果使用了的话)中，从而允许在较高粒子浓度下更有效的共混。
用来制造本发明隔离器一个或多个区段的材料可填充有软磁材料、如铁氧体材料(来自Trans-Tech公司(Trans-Tech Inc)的CO2Z)、商品名SENDUST所指但也可以其他商品名如KOOL Mu(磁学公司(Magnetics Inc)，www.mag-inc.com)得到的铁/硅/铝材料、可以商品名PERMALLOY得到的铁/镍材料或其来自卡彭特技术公司(CarpenterTechnologies Corporation)(www.cartech.com)的铁/镍/钼同类者MOLYPERMALLOY、以及羰基铁，其可以是未经退火的、经退火的并可选地用磷酸或一些其他表面钝化剂处理。软磁材料可具有各种几何形状，如球形、板状、薄片、棒状、纤维状、无定形，并且可以是微米或纳米尺寸的。
或者，用来制造本发明隔离器一个或多个区段的材料可填充有不同类型的高介电常数填料，包括钛酸钡、钛酸锶、二氧化钛、炭黑或其他已知的高介电常数材料，包括美国临时专利申请No.61/286247中所述的碳装饰钛酸钡材料。也可使用纳米尺寸高介电常数粒子和/或高介电常数共轭聚合物。可使用两种或更多种不同的高介电常数材料的共混物或者高介电常数材料与软磁材料如羰基铁的共混物。
在本发明的至少一个实施例中，代替使用粘结剂和高介电常数材料，一种合适的材料的实例为介电常数为约3000的聚苯胺/环氧树脂共混物(J.Lu等人，“High dielectric constant polyaniline/epoxy composites via in situpolymerization for embedded capacitor applications(经由原位聚合用于嵌入式电容器应用的高介电常数聚苯胺/环氧树脂复合材料)”，Polymer(聚合物)，48(2007)，1510-1516)。
微结构化图案可存在于本发明的隔离器的一个外表面上；图案相同地存在于隔离器的两个外表面二者上；或者图案和/或周期性不同地存在于隔离器的两个外表面二者上。微结构化图案可存在于本发明的隔离器内包括不同材料的区段的界面处。微结构化图案可存在于隔离器内一个或多个界面处。如果有超过一个界面，则对于不同的界面，图案可以相同或不同。图2a-21示意了本发明的不同实施例，示出了这些变型中的一些。图2a示出了具有一个微结构化表面的制品。图2b示出了具有两个相背的微结构化表面的制品。图2c示出了具有一个微结构化界面的制品。界面通常通过在表面上构建具有微结构化特征的第一区段、然后用与形成具有微结构化表面的区段不同的材料填充微结构化特征所产生的开放区域而形成。在本发明的至少一个实施例中，所述不同的材料可具有与形成所述第一区段的材料不同的电容率和/或不同的磁导率。所述不同的材料可用来针对预期的应用更精细地调节隔离器。在本发明的至少一个实施例中，形成第一和第二区段(并且可选地还有其他区段)的材料具有不同的磁导率，这两个区段的磁导率值的比率为约3至约1000。在本发明的至少一个实施例中，形成第一和第二区段(并且任选地还有其他区段)的材料具有不同的电容率，这两个区段的电容率值的比率为约2.5至约1000。所述不同材料可为能提供所需电磁特性的任何合适材料，包括但不限于聚合物、树脂、粘合剂等。可选地，他们可以包括用于调节系统的电磁特性的填料。作为用材料填充开放区域的一种替代方案，开放区域可以留为空，在这种情况下，空气起到所述不同材料的作用。参见例如图2a和2b。当所述不同材料填充了微结构化表面周围的开放区域(因此形成界面)时，从制品的一个外表面到另一个外表面，电磁特性将随微结构化表面或界面的几何形状以及形成隔离器各个区段的材料的特性而改变。可选地，隔离器可在一个外表面上或在两个外表面二者上包括粘合剂区段，或者粘合剂可形成两个非粘合剂区段之间的内部区段。粘合剂可用作填充微结构化特征所产生的开放区域的所述不同材料。如果形成隔离器外表面的材料不为粘合剂，则可向隔离器制品施加粘合剂层以将其固定到物体。
隔离器制品还可包括金属或传导层，以便无论隔离器和例如伴随的标签或天线布置为贴靠的是何物体，天线或标签都具有相同的读取范围。在这样的情况下，天线-或-标签/隔离器部分将调节为与存在的金属层很好地工作，因此无论是贴靠金属制品布置还是贴靠低电容率材料如瓦楞纸板布置，系统都将同样好地工作。
如前所述，具有一个或多个微结构化表面或界面的制品可具有两个或更多个区段，所述区段包括具有不同电容率和/或磁导率的材料。图2d示意了本发明的三区段/两界面制品的一个实例，其中这三个区段中每一个包括不同的材料并具有不同的特性。本发明的制品的实施例可具有无数的不同构造。例如，图2e和2f示意了具有相同总厚度但构成制品两个区段的材料的比率不同的本发明制品。图2g和2h示意了其中两种材料的比率相同但制品的总体厚度不同的本发明制品。
微结构化特征和微结构化特征图案也可随本发明的特定实施例而异。例如，在总体厚度相同并且区段相对比率相同的制品中，梯度的长度可不同，如图2i和2j中所示。在其他实施例中，微结构化特征的侧向间距也可不同。例如，如图2k和21中所示，微结构化特征的宽度和数量可不同。
提供连续地变化的电磁特性梯度的微结构化特征包括具有表面不水平和不垂直于具有此类特征的区段的基部部分的主轴的特征。示例性的特征包括但不限于：角锥，例如具有锐顶角、90°顶角或斜顶角的正方形底角锥(图3)，具有锐顶角、斜顶角或立体角顶角的三角形底角锥(图7)，具有锐顶角或斜顶角的六角形底角锥，旋转角锥，和不对称角锥，不对称角锥可具有偏移的顶点(例如，锯齿角锥)；圆锥，例如具有圆形或椭圆形底的圆锥，具有锐顶角、90°顶角或斜顶角的圆锥；抛物体(图5)；三棱柱(图6)；和半球。根据所采用的微结构的类型，电磁特性梯度可从构造的一侧向另一侧线性地变化。梯度也可是抛物线的或包括其他函数性。
提供电磁特性阶跃梯度的微结构化特征包括具有水平和垂直于具有此类特征的隔离器区段的基部部分的主轴的表面的那些微结构化特征。示例性的特征包括但不限于：柱(图8)，包括具有圆形、正方形和三角形水平剖面的那些柱；平行六面体；以及其他类似的具有仅平行和垂直(即，不倾斜)于所述区段基部部分的表面的块结构。在各种实施例中，微结构化特征的侧向间距及各个微结构化特征的基部之间的间距可不同。
一些微结构化特征具有多个小的阶跃变化，所述阶跃变化有效地提供电磁特性梯度。此类结构的一个实例为图4中的不对称阶梯形角锥。其他实例包括以多个小的增量改变的形状。
一些微结构特征或图案具有的形状或排列提供连续和阶跃梯度的组合。例如，截头角锥和截头圆锥将在其顶部(水平)表面处提供阶跃梯度但在其侧(倾斜)表面处提供连续梯度。作为另一实例，在图6的叶片阵列中，三棱柱的倾斜表面将提供连续梯度但三棱柱的垂直表面将提供垂直于隔离器基部的表面。
在一些实施例中，就高度(图9)、宽度、几何形状、侧向间距、周期性等而言，本发明的微结构化特征的图案可以是多峰的，例如双峰的或三峰的。
所得产品可呈众多不同的形式，有时取决于用来制造其的工艺。例如，可使用基于连续片材或幅材的工艺来制备卷形式的产品，所述卷形式的产品可在后来根据具体应用而被切割或定大小。可将所得产品直接模制成截然不同的形状如矩形、椭圆形或甚至复杂的二维几何形状，以最大限度地减少浪费而同时满足特定产品设计的需求。
各种微结构化方法均适于形成本发明的微结构化表面或界面。合适的方法包括：压延；高压压花；用模具浇铸和固化(例如，使用具有粘结剂的高电容率或磁导率材料，所述粘结剂在所述材料被浇铸在模具上之后固化)；压缩模制(例如，加热模具和具有粘结剂的高电容率或磁导率材料，然后将模具压在所述材料上)；挤出浇铸(例如，将具有粘结剂的高电容率或磁导率材料直接挤出到经加热的器具中，让器具冷却，并从器具取出所形成的材料)；挤出压花(例如，将具有粘结剂的高电容率或磁导率材料直接挤出到冷器具中，然后从器具中取出)；火焰压花(例如，使用火焰来仅加热具有粘结剂的高电容率或磁导率材料的表面，然后用器具微结构化该表面)；和注塑(例如，将熔融的具有粘结剂的高电容率或磁导率材料注入到经加热的模具中，然后冷却)。于是，这些系统中每一个可具有在所述微结构化部分上模制或固化的具有不同电磁特性的材料。或者，可用具有低磁导率和电容率的材料进行初始微结构化，然后可在其上模制或固化具有不同电磁特性的材料。
本发明的实施例适于与在特高频或超高频区域工作的天线一起使用。本发明的隔离器的实施例可用于如但不限于诸如移动电话、通信天线、无线路由器和RFID标签的应用中。
本发明的实施例特别可用于涉及远场电磁辐射的应用中，例如在隔离RFID芯片与金属或其他传导性表面时。本发明的隔离器非常适于使用的电磁波长远长于微结构化图案的周期性或远长于微结构化图案高度的应用。
本发明的方面包括使用本发明的隔离器来隔离RFID标签与传导性表面或传导体的系统。对于在自由空间中或在低介电常数材料如瓦楞纸板、垫板木材等上的使用而言，无源UHF RFID标签天线是最佳的。当UHF RFID标签邻近传导性表面或传导体时，标签天线的阻抗和增益将改变，从而大大降低其为读取器供电以及响应读取器的能力。
置于传导性基材与RFID标签之间的隔离器可通过有效地增大标签与基材(高磁导率和/或电容率)之间的距离以及通过降低天线的磁场与传导性基材(反之亦然)相互作用的能力而改善金属基材的影响。隔离器的存在可不仅改变天线增益，而且改变天线的有效阻抗，从而改变自天线传递至RFID IC的功率的量，并且最终改变被调制和后向散射至RFID读取器的功率。由于这些及其他复杂的相互作用，特定的RFID标签要有特定的隔离器设计。对于靠近传导性材料的其他天线类型，例如贴近电路或者金属壳体或地平面的移动电话天线，也有着类似的论点。
RFID标签具有无数的不同设计以满足各种各样的客户需要。RFIDIC设计中的一些不同与它们在功率、存储和计算能力上的差异有关。RFID天线设计由众多因素决定，包括与IC匹配阻抗的需要、期望的读取距离、覆盖区最小化、覆盖区纵横比和对响应的取向依赖性。许多设计的RFID标签可从众多公司中的任何一个购得，例如易腾迈科技公司(Intermec Technologies Corporation)、爱力恩科技公司(AlienTechnology)、艾利-丹尼森公司(Avery-Dennison)和芬欧蓝泰标签公司(UPM Raflatac)。
UHF RFID标签通常在865至954MHz之间的频率范围内工作，最典型的中心频率为869MHz、915MHz和953MHz。RFID标签可通过引入电源、如电池而自供电。或者，其可以是场供电的，使得其通过捕集基站所发射的电磁波的能量并将该能量转化为直流电压而生成其内部功率。
当待加标签的制品的电特性将干扰RFID标签的工作时，本发明的隔离器将最为有用。当待加标签的制品包括金属基材或者被配置为容纳液体时，这将最常发生，这二者对于读取距离都成问题。
图10示意了本发明的系统，其包括RFID标签10、隔离器12和待加标签的制品18，其中隔离器12包括区段14和16。如果相关的隔离器区段14、16不具有足够的粘附性质以粘附RFID标签或待加标签的制品18，则可另外在RFID标签10与区段14和/或区段16与待加标签的制品18之间添加粘合剂层(未示出)。
实例
以下实例说明了本发明，但这些实例中列举的特定材料和用量以及其他条件和细节不应当解释为是对本发明的不当限制。
试验和测量方法
等效厚度计算
“等效厚度”指如果微结构化结构被弄平而产生不具有微结构化特征的实心区段则区段将具有的厚度。
注：在其中制作RFID系统的所有实例中，在金属基材(或者是铝板或者是可得自3M公司的3MTM EMI镀锡铜箔屏蔽带1183(后文中有时称为“1183带”))与隔离器之间粘附一层双面胶带(SCOTCH665，3M公司)以确保隔离器保持粘附于金属基材。
实例1-3和比较例(CE)A-F
比较例A-F的制备
以58重量％TiO2/42重量％有机硅的比率向有机硅(SYLGARD184，道康宁公司(Dow Corning)，www.dowcorning.com)中共混入TiO2(TIPURE R-902+，杜邦公司(Dupont Inc.)，www2.dupont.com)并固化为不同厚度的整体式2.5cm×10cm厚片。以85重量％羰基铁/15重量％有机硅的比率向有机硅(SYLGARD184，道康宁(Dow Corning)，www.dowcorning.com)中共混入羰基铁粉(ER级，巴斯夫公司(BASF)，www.inorganics.basf.com)并固化为不同厚度的整体式2.5cm×10cm厚片。比较例A到C具有厚0.51mm的58％TiO2/有机硅共混物区段及厚度分别为0.72mm、1.02mm和1.29mm的羰基铁/有机硅共混物区段。比较例D到F具有厚0.72mm的58％TiO2/有机硅共混物区段及厚度分别为0.48mm、0.72mm和1.02mm的羰基铁/有机硅共混物区段。
实例1的制备
制作包括深0.75mm的圆锥形特征的镍模具，这些圆锥形特征以0.65mm的六方密堆积间距排列。该六方密堆积阵列覆盖2.5cm×10cm的区域。向有机硅体系(SYLGARD184，道康宁公司(Dow Corning)，www.dowcorning.com)中共混入58重量％的TiO2(TIPURE R-902+，杜邦公司(Dupont Inc.)，www2.dupont.com)，在模具中固化，然后取出。圆锥下面的TiO2/有机硅基部部分厚0.28mm。加上这些0.75mm高的圆锥，整个TiO2区段的等效厚度为0.53mm。然后向有机硅(SYLGARD184，道康宁公司(Dow Corning)，www.dowcorning.com)中共混入85重量％的羰基铁粉(ER级，巴斯夫公司(BASF)，www.inorganics.basf.com)并施加共混物以填充TiO2-填充圆锥周围和正上方的空间。为产生光滑的表面，将共混物加到比0.75mm高的圆锥的顶部超出约0.29mm处。随后固化共混物。
实例2-3的制备
对于实例2和3，将以与比较例A-F相同的方式制备的具有85重量％ER级羰基铁/15％有机硅的整体式厚片贴靠实例1的羰基铁侧放置，以增大羰基铁区段的厚度。用于实例2和3的整体式厚片厚度分别为0.27mm和0.48mm。由于有机硅的粘附性质，故不必使用粘合剂来将成品固持在一起。
使用比较例A-F和实例1-3的RFID系统
用采用Gen2协议的Avery Dennison210Runway RFID标签制备使用比较例A-F和实例1-3的RFID标签系统。靠近12.Smm厚的铝板于902-928MHz读取标签。该RFID标签系统由如下的相邻区段序列构造：铝板/隔离器的TiO2-填充区段/隔离器的羰基铁-填充区段/RFID标签。将该系统在ALR-9780Alien读取器前面于各个位置处移动直至获得75％的RFID标签读取率。对于每个比较例和实例，以三个独立的读数测定75％的读取率时与ALR-9780读取器的距离，然后取平均。
表1中示出了比较例的读取范围数据。第二和第三列分别示出了TiO2/有机硅共混物区段和羰基铁/有机硅共混物区段的实际厚度。表1表明，对于0.51mm的TiO2区段厚度而言，随着羰基铁区段厚度从0.72mm增至1.29mm，读取范围单调增大。类似地，当TiO2区段厚0.73mm时，随着羰基铁区段厚度从0.48mm增至1.02mm时，读取范围单调增大。
表2中示出了实例的读取范围数据。第二和第三列分别给出了TiO2区段和羰基铁区段的等效厚度。当有效TiO2区段厚度为0.53mm时，随着等效羰基铁区段厚度从0.79mm增至1.27mm，读取范围单调增大。
图11中将比较例A-F和实例1-3的读取范围-隔离器厚度绘制在了一起。实线上的数据点从左到右代表实例1、2和3。具有长划线的线上的数据点从左到右代表比较例A、B和C。具有短划线的线上的数据点从左到右代表比较例D、E和F。比较例A-C包括的TiO2区段厚度与实例1-3的基本上相等。明显的是，在任何给定的隔离器厚度下，实例1-3比比较例A-C提供了更长的读取范围。增大比较例中的TiO2区段厚度未表现出读取距离的实质性增大，如图11中所示。
表1
Figure BDA00003160627700121
表2
Figure BDA00003160627700122
实例4-6和比较例(CE)G-O
比较例G-O的制备
以15重量％XLD3000/85重量％有机硅的比率向有机硅(SYLGARD184，道康宁公司(Dow Corning)，www.dowcorning.com)中共混入XLD3000玻璃泡(3M公司，www.3m.com)并固化为不同厚度的整体式2.5cm×10cm厚片。以85重量％羰基铁/15重量％有机硅的比率向有机硅(SYLGARD184，道康宁(Dow Corning)，www.dowcorning.com)中共混入羰基铁粉(ER级，巴斯夫公司(BASF)，www.inorganics.basf.com)并固化为不同厚度的整体式2.5cm×1Ocm厚片。比较例G到I具有厚0.41mm的15重量％XLD3000/有机硅共混物区段及厚度分别为0.72mm、1.02mm和1.29mm的羰基铁/有机硅共混物区段。比较例J到L具有厚0.49mm的15重量％XLD3000/有机硅共混物区段及厚度分别为0.72mm、1.02mm和1.29mm的羰基铁/有机硅共混物区段。比较例M到O具有厚0.54mm的15重量％XLD3000/有机硅共混物区段及厚度分别为0.72mm、1.02mm和1.29mm的羰基铁/有机硅共混物区段。
实例4的制备
制作包括深0.36mm的角锥形特征的镍模具，这些角锥形特征以0.59mm的正方形间距排列。向有机硅体系(SYLGARD184，道康宁公司(Dow Corning)，www.dowcorning.com)中共混入85重量％的羰基铁粉(ER级，巴斯夫公司(BASF)，www.inorganics.basf.com)，在模具中固化，然后取出。角锥下面的羰基铁/有机硅基部部分的厚度为0.70mm。加上这些0.36mm高的角锥，整个羰基铁区段的等效厚度为0.82mm。施加被共混入有机硅体系(SYLGARD184，道康宁公司(Dow Corning)，www.dowcorning.com)中的15重量％的XLD3000玻璃泡(3M公司，www.3m.com)，以填充羰基铁填充角锥周围和上方的空间(至上方0.22mm)，然后固化。实例4的总实际厚度为1.28mm。
实例5-6的制备
将具有85重量％ER级羰基铁/15％有机硅的整体式厚片贴靠实例4的羰基铁侧放置以增大羰基铁区段的厚度，从而产生实例5和6。用于实例2和3的整体式厚片厚度分别为0.27mm和0.48mm。由于有机硅的粘附性质，故不必使用粘合剂来将成品固持在一起。
使用比较例G-O和实例4-6的RFID系统
用采用Gen2协议的UPM Rafsec G2、ANT ID17B_1、IMPINJMONZA标签制备使用比较例G-O和实例4-6的RFID标签系统。靠近12.Smm厚的铝板于902-928MHz读取标签。该RFID标签系统由如下序列的相邻区段构造：铝板/隔离器的羰基铁填充区段/隔离器的玻璃泡填充区段/RFID标签。将该系统在ALR-9780Alien读取器前面于各个位置处移动直至获得75％的RFID标签读取率。
表3中示出了比较例的读取范围数据。第二和第三列分别示出了玻璃泡/有机硅共混物区段和羰基铁/有机硅共混物区段的厚度。表3表明，对于0.41mm和0.49mm的玻璃泡区段厚度而言，随着羰基铁区段厚度从0.72mm增至1.29mm，读取范围单调增大。对于0.54mm厚的玻璃泡区段而言，随着羰基铁区段厚度从0.72mm增至1.29mm，读取范围增加直至50cm。
表4中示出了本发明的实例4-6的读取范围数据。第二和第三列分别给出了玻璃泡区段和羰基铁共混物区段的等效厚度。当玻璃泡区段厚度保持恒定于0.46mm时，随着等效羰基铁区段厚度从0.82mm增至1.30mm，UPM Rafsec IMPINJ MONZA标签读取范围单调增大。
图12中将比较例G-O和实例4-6的读取范围-隔离器厚度绘制在了一起。带实心圆的实线上的数据点从左到右代表实例4、5和6。具有长划线的线上的数据点从左到右代表比较例G、H和I。带空心正方形的实线上的数据点从左到右代表比较例J、K和L。具有短划线的线上的数据点从左到右代表比较例M、N和O。比较例G-O包括的玻璃泡区段厚度与实例4-6的基本上相同，正好在其上下。明显的是，在任何给定的隔离器厚度下，实例4-6提供了比区段系统的等效隔离器厚度所提供的更长的读取范围。如图表中所示，比较例中在0.41-0.54mm范围内改变玻璃泡区段厚度并不实质性地改变读取距离。
表3
Figure BDA00003160627700141
表4
Figure BDA00003160627700151
实例7-8和比较例P-S
比较例P-S的制备
以73.6重量％BaTiO3/26.4重量％有机硅的比率向有机硅(SYLGARD184，道康宁公司(Dow Corning)，www.dowcorning.com)中共混入BaTiO3(TICON P，TAM陶瓷公司，现为费罗公司(TAMCeramics，now Ferro Corp.)，www.ferro.com)并固化为不同厚度的整体式2.5cm×10cm厚片。以15重量％XLD3000/85重量％有机硅的比率向有机硅(SYLGARD184，道康宁公司(Dow Corning)，www.dowcorning.com)中共混入XLD3000玻璃泡(3M公司，www.3m.com)并固化为不同厚度的整体式2.5cm×10cm厚片。比较例P和Q具有厚0.68mm的15重量％XLD3000玻璃泡/有机硅共混物区段及厚1.81mm的73.6重量％BaTiO3/有机硅共混物区段。比较例R和S具有厚0.63mm的15重量％XLD3000玻璃泡/有机硅共混物区段及厚1.90mm的73.6重量％TICON P/有机硅共混物区段。
实例7-8的制备
制作包括深0.68mm的抛物体形特征的镍模具，这些抛物体形特征以0.65mm的六方密堆积间距排列。该六方密堆积阵列覆盖2.5cm×10cm的区域。向有机硅体系(SYLGARD184，道康宁公司(Dow Corning)，www.dowcorning.com)中共混入15重量％的XLD3000玻璃泡，在模具中固化，然后取出。抛物体下面的XLD3000/有机硅基部厚0.31mm。加上这些0.68mm高的抛物体，整个XLD3000区段的等效厚度为0.65mm。向有机硅中共混入73.6重量％的TICON P，施加以填充XLD3000填充抛物体的周围和上方的空间(至上方1.49mm)，并固化以产生实例7和8。使用比较例P-S和实例7-8的RFID系统
用采用Gen2协议的Alien ALN-9654-FWRW标签制备使用比较例P-S和实例7-8的RFID标签系统。邻近箔带(1183胶带，3M公司，www.3m.com)但相对于箔带与RFID标签以不同取向布置于902-928MHz读取标签。对于不同的样品，RFID标签系统由不同序列的相邻区段构造，这将在下面进一步描述。将隔离器/标签构造居中于75mm×125mm箔带的中间。将标签布置在距离发射/接收天线0.80米处，该天线由SAMSysMP93202.8UHF RFID读取器供电。计算在最大读取器功率时在920-928MHz频谱上一系列4次单独的扫描中成功读取的百分比。
在使用比较例P和Q的RFID系统中及在实例7中，TICON P填充区段取向为向着箔带。在使用比较例R和S的RFID系统中及在实例8中，TICON P填充区段取向为向着RFID标签。表5中示出了比较例的读取率数据。表6中示出了实例的读取率数据。
表5示出，对于总厚度为约2.5mm、具有钛酸钡/有机硅共混物区段的玻璃泡/有机硅共混物且钛酸钡/有机硅共混物分数为0.74的情况，当钛酸钡填充区段取向为向着箔带时，读取率非常差。当钛酸钡填充区段取向为向着RFID标签时，当钛酸钡区段分数为仅0.73且总厚度为2.49mm时，读取率仍差。当总厚度增至2.53mm同时进一步增大钛酸钡区段分数至0.75时，读取率增至69％。在这种情况下，比较的隔离器构造的取向可能因此非常重要。
表6表明，实例7和8的表现好于以其比较例为区段的对应物。当钛酸钡填充区段取向为向着箔带时，实例7的读取率远远优于比较例P和Q。当钛酸钡填充区段取向为向着RFID标签时，实例8的读取率仍表现为好于比较例R和s。事实上，实例7和8二者的表现均好于比较例P-S中的任何一个。
表5
Figure BDA00003160627700161
表6
Figure BDA00003160627700171
实例9
实例9的制备
利用常规立体光刻技术、然后是镀镍，产生包括反向不对称角锥的镍模具。角锥的顶点直接制造在角锥基部的一个角落上(参见例如图4)，并让所有顶点取向相同地产生这些角锥的正方阵列。不对称角锥的台阶阶梯形特征在1.21mm的正方形基部上产生一系列10个台阶。向SYLGARD184中共混入15重量％的XLD3000玻璃泡，在模具中固化，然后取出。这些包括XLD3000/有机硅共混物的台阶阶梯形不对称角锥的高度为0.546mm。不对称角锥下面的XLD3000/有机硅基部部分的厚度为0.134mm。加上这些0.546mm高的不对称角锥，整个XLD3000/有机硅区段的等效厚度为0.32mm。向SYLGARD184中共混入85重量％的ER级羰基铁粉并然后固化。将该隔离器构造修整为45mm×100mm大小。成品的总厚度为1.50mm。
使用实例9的RFID系统
用采用Gen2协议的RSI-122双偶极子标签(40mm×80mm)制备使用实例9的RFID标签系统。通过有机硅的天然粘附性质与标签顶部上的胶带薄条的组合使标签保持就位于隔离器上。邻近箔带(1183胶带)在消声室中于902-928MHz读取标签。将隔离器/标签构造居中于75mm×125mm箔带片的中间，以羰基铁区段贴靠箔带。将标签布置在距离发射/接收天线0.70米处，该天线由SAMSys MP93202.8UHF RFID读取器供电。在920-928MHz频谱上测定自标签获得响应所需的最小功率并对4次单独的扫描取平均。
如果隔离器构造的总厚度为1.50mm，则羰基铁区段的等效厚度为1.18mm，XLD3000区段的等效厚度为0.32mm。在整个频谱上成功地读取标签/隔离器/箔带构造，来自SAMSys读取器的平均最小功率为26.9dBm。
实例10
实例10的制备
产生包括两个不同高度和宽度的反向抛物体的镍模具。向SYLGARD184中共混入15重量％的XLD3000玻璃泡，在模具中固化，然后取出。较大的抛物体腔产生高度为0.765mm、基部宽度为0.590mm的特征。较小的抛物体腔产生高度为0.250mm、基部宽度为0.323mm的特征。这两个不同尺寸和纵横比的抛物体以规则地交替的正方阵列排列，单元晶胞长度为1.192mm。抛物体的双峰分布下面XLD3000/有机硅基部部分的厚度为0.201mm。加上抛物体的双峰分布，整个XLD3000/有机硅区段的等效厚度为0.363mm。向SYLGARD184中共混入85重量％的R1521羰基铁粉(ISP公司，www.ispcorp.com)，施加以填充XLD3000填充抛物体周围和上方的空间(至上方0.254mm)，然后固化。将该隔离器构造修整为25×100mm大小。
使用实例10的RFID系统
用采用Gen2协议的ALN-9654标签制备使用实例10的RFID标签系统。通过有机硅的天然粘附性质与标签顶部上的胶带薄条的组合使标签保持就位于隔离器上。邻近箔带(1183胶带)在消声室中于902-928MHz读取标签。将隔离器/标签构造居中于75mm×125mm箔片表面的中间，以羰基铁区段贴靠RFID标签。将标签布置在距离发射/接收天线0.80米处，该天线由SAMSys MP93202.8UHF RFID读取器供电。在920-928MHz频谱上测定自标签获得响应所需的最小功率并对4次单独的扫描取平均。
如果隔离器构造的总厚度为1.22mm，则羰基铁区段的等效厚度为0.86mm，XLD3000区段的等效厚度为0.36mm。在整个频谱上成功地读取标签/隔离器/箔带构造，来自SAMSys读取器的平均最小功率为25.7dBm。
实例11
实例11的制备
将各向异性的薄片形高磁导率铁氧体填料材料(91重量％)与丙烯酸酯共聚物粘结剂(9重量％)混合。将10重量份Co2Z-K铁氧体(Trans-Tech公司(Trans-Tech Inc)，www.trans-techinc.com)与0.98重量份丙烯酸酯共聚物(90重量％丙烯酸异辛酯/10重量％丙烯酸)和6.41重量份溶剂(50重量份庚烷/50重量份甲基乙基酮)共混。将该溶液流延、干燥并然后热压以移除任何夹带的空隙。使用CO2激光向此91重量％铁氧体/9重量％丙烯酸酯共聚物材料的厚0.85mm厚片中钻取直径0.70mm的孔，形成1.30mm的正方阵列。生成相同材料的厚0.52mm厚片，将两个构造均修整为25×100mm并通过将此具有一定程度压敏性的粘合剂厚片压制在一起而粘附于一起。
使用实例11的RFID系统
用采用Gen2协议的ALN-9654标签制备使用实例11的RFID标签系统。通过丙烯酸酯的天然粘附性质与标签顶部上胶带薄条的组合使标签保持就位于隔离器上。邻近箔带(1183胶带)在消声室中于902-928MHz读取标签。将隔离器/标签构造居中于75mm×125mm1183箔带片的中间，以0.52mm厚的整体式铁氧体/丙烯酸酯厚片贴靠箔带而0.85mm厚的具有未填充钻孔的厚片贴靠RFID标签。将标签布置在距离发射/接收天线0.80米处，该天线由SAMSys MP9320 2.8UHF RFID读取器供电。在920-928MHz频谱上测定自标签获得响应所需的最小功率并对8次单独的扫描取平均。
如果隔离器构造的总厚度为1.37mm，则铁氧体区段的等效厚度为1.18mm，空气区段的等效厚度为0.19mm。在整个频谱上成功地读取标签/隔离器/箔带构造，来自SAMSys读取器的平均最小功率为23.8dBm。
实例12
实例12的制备
将133.5克ER级羰基铁粉与19.95克热塑性聚合物ENGAGE8401(陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)，www.dow.com)在哈克(Haake)混合器中于150℃共混。在150℃将该材料压制成包括反向角锥的镍模具，以制备羰基铁/热塑性材料共混物隔离器，该隔离器在一侧上具有平整表面，在另一侧上具有微结构化表面，该微结构化表面具有角锥形凸起。这些角锥的长度和间距为0.588mm，角锥高度为0.349mm。该构造的总厚度为0.98mm。将样品修整为25×100mm。
使用实例12的RFID系统
用采用Gen2协议的ALN-9654标签制备使用实例12的RFID标签系统。通过标签顶部上的胶带薄条使标签保持就位于隔离器上。邻近箔带(1183胶带)在消声室中于902-928MHz读取标签。将隔离器/标签构造居中于75mm×125mm1183箔带片的中间，以隔离器的微结构化表面面向箔带。将标签布置在距离发射/接收天线0.80米处，该天线由SAMSysMP93202.8UHF RFID读取器供电。在920-928MHz频谱上测定自标签获得响应所需的最小功率并对4次单独的扫描取平均。
羰基铁/热塑性材料区段的等效厚度为0.75mm，围绕角锥的空气区段的等效厚度为0.23mm。在整个频谱上成功地读取标签/隔离器/箔带构造，来自SAMSys读取器的平均最小功率为27.7dBm。
实例13
实例13的制备
生成在六方密堆积点阵上包括四面体的镍模具。向SYLGARD184中共混入85重量％的HQ级羰基铁粉(巴斯夫公司(BASF)，www.inorganics.basf.com)并然后在此模具中固化以在羰基铁/有机硅共混物区段的表面中产生四面体形凹陷。凹陷深0.20mm，并且从顶点到顶点为0.29mm。该隔离器构造的总体厚度为1.04mm。将该隔离器修整为25×100mm大小。
使用实例13的RFID系统
用采用Gen2协议的ALN-9654标签制备使用实例13的RFID标签系统。通过标签顶部上的胶带薄条使标签保持就位于隔离器上。邻近箔带(1183胶带)在消声室中于902-928MHz读取标签。将隔离器/标签构造居中于75mm×125mm1183胶带箔表面的中间，以羰基铁区段贴靠RFID标签。将标签布置在距离发射/接收天线0.80米处，该天线由SAMSysMP93202.8UHF RFID读取器供电。在920-928MHz频谱上测定自标签获得响应所需的最小功率并对4次单独的扫描取平均。
如果隔离器构造的总厚度为1.04mm，则羰基铁区段的等效厚度为0.97mm，空气区段的等效厚度为0.07mm。在整个频谱上成功地读取标签/隔离器/箔带构造，来自SAMSys读取器的平均最小功率为19.5dBm。
实例14
实例14的制备
在布拉班德(Brabender)间歇式混合器中于160℃向可以商品名ADFLEX V109F(利安德巴塞尔公司(Lyondell Basell)，www.alastian.com)得到的聚烯烃中以94.2重量％共混入EW-I级羰基铁粉(巴斯夫公司(BASF)，www.inorganics.basf.com)，然后压制成扁平的片材。利用两个与实例13中使用的那些相同的镍模具，将该扁平的片材压制成在两侧上均包括微结构化四面体形凹陷的隔离器。该构造的总体厚度为0.69mm。将该隔离器修整为25×1OOmm大小。
使用实例13的RFID系统
用采用Gen2协议的ALN-9654标签制备使用实例13的RFID标签系统。通过标签顶部上的胶带小条使标签保持就位于隔离器上。邻近箔带(1183胶带)在消声室中于902-928MHz读取标签。将隔离器/标签构造居中于75mm×125mm箔带的中间，以羰基铁区段贴靠RFID标签。将标签布置在距离发射/接收天线0.80米处，该天线由SAMSys MP93202.8UHF RFID读取器供电。在920-928MHz频谱上测定自标签获得响应所需的最小功率并对4次单独的扫描取平均。
如果隔离器构造的总厚度为0.69mm，则羰基铁区段的等效厚度为0.56mm，每侧上空气区段的等效厚度为0.07mm。在整个频谱上成功地读取标签/隔离器/箔带构造，来自SAMSys读取器的平均最小功率为20.3dBm。
虽然本文出于说明优选实施例的目的对具体实施例进行了图示和描述，但是本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明范围的前提下，各种替代和/或等同实施方式可以取代图示和描述的具体实施例。本专利申请旨在涵盖本文所讨论的优选实施例的任何修改形式或变型形式。因此，显而易见，本发明仅受本发明权利要求书及其等同物的限制。

Claims (20)

1.一种制品，包括：
电磁波隔离器，所述电磁波隔离器至少包括第一区段和相邻的第二区段，所述第一区段具有第一主表面和第二主表面，所述第二区段具有第一表面和第二表面，其中所述区段中至少一个区段具有微结构化主表面。
2.根据权利要求1所述的制品，其中所述至少一个区段的所述微结构化表面背向所述相邻的第二区段。
3.根据权利要求1所述的制品，其中所述至少一个区段的所述微结构化表面面向所述相邻的第二区段。
4.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一区段和第二区段二者均具有微结构化表面。
5.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一区段和第二区段二者均具有形成微结构化界面的微结构化表面。
6.根据权利要求1所述的制品，其中至少一个区段具有微结构化的第一主表面和第二主表面。
7.根据权利要求1所述的制品，所述制品还包括具有第一主表面和第二主表面的第三区段，所述第三区段与所述第一区段或第二区段中的一者或二者相邻。
8.一种制品，包括：
电磁波隔离器，所述电磁波隔离器至少包括第一区段和相邻的第二区段，所述第一区段具有第一主表面和第二主表面，所述第二区段具有第一表面和第二表面，其中所述区段中至少一个区段在至少一个主表面上具有微结构化特征；
接收电磁波或生成电磁波或既接收电磁波又生成电磁波的部件，所述部件连接到所述电磁波隔离器；
其中当所述部件生成或接收的波在所述隔离器的一个或多个区段内时，所述波的波长大于所述电磁波隔离器的区段的至少一个主表面上微结构化特征的周期性。
9.根据权利要求8所述的制品，其中当所述部件生成或接收的波在所述隔离器的一个或多个区段内时，所述波的波长大于所述电磁波隔离器的区段的至少一个主表面上微结构化特征的周期性和高度。
10.根据权利要求8所述的制品，其中空气位于所述电磁波隔离器的一部分与所述部件之间。
11.根据权利要求8所述的制品，其中构成所述第一区段的材料不同于构成所述第二区段的材料。
12.根据权利要求11所述的制品，其中构成所述第一区段的材料为羰基铁填充树脂，构成所述第二区段的材料为玻璃泡填充树脂。
13.根据权利要求1或8所述的制品，其中所述隔离器的至少一个区段包括高电容率材料或高磁导率材料。
14.根据权利要求1或8所述的制品，其中所述隔离器的所述第一区段和第二区段包括具有不同电容率的材料，并且所述隔离器的所述第一区段和第二区段的电容率比率为约2.5至约1000。
15.根据权利要求1或8所述的制品，其中所述隔离器的所述第一区段和第二区段包括具有不同磁导率的材料，并且所述隔离器的所述第一区段和第二区段的磁导率比率为约3至约1000。
16.根据权利要求1或8所述的制品，其中至少一个区段包括微结构化部分和基部部分，并且所述微结构化表面包括具有不水平和不垂直于所述基部部分的主轴的表面的特征。
17.根据权利要求1或8所述的制品，其中至少一个区段包括微结构化部分和基部部分，并且所述微结构化表面包括具有水平和垂直于所述基部部分的主轴的表面的特征。
18.根据权利要求1或8所述的制品，其中所述微结构化表面包括如下特征，即所述特征的高度、宽度、深度和周期性中的一者或多者为约1微米至约2000微米。
19.根据权利要求1或8所述的制品，其中所述微结构化表面在形成所述微结构化表面的各个特征的基部之间的距离为约1微米至约2000微米。
20.根据权利要求1或8所述的制品，其中所述微结构化表面包括至少两种不同类型的特征。
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