CN104342084A

CN104342084A - 用于物联网感知射频识别柔性电磁波复合吸波材料

Info

Publication number: CN104342084A
Application number: CN201410562626.1A
Authority: CN
Inventors: 曾华; 胡健; 黄道平; 宋强
Original assignee: YIBIN JINYUAN COMPOSITE MATERIALS Co Ltd
Current assignee: YIBIN JINYUAN COMPOSITE MATERIALS Co Ltd
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2015-02-11

Abstract

本发明提出了一种用于物联网感知射频识别柔性电磁波复合吸波材料，按照重量百分比计，由下列组分组成：复合抗电磁干扰吸收剂粒子60％-95％，胶合剂40％-5％；所述复合抗电磁干扰吸收剂粒子是由0.1微米～40微米的软磁性金属粒子与软磁性磁悬浮液体混合干燥分散而成，两者体积比为60％-70％：40％-30％；所述软磁性磁悬浮液体由已稀释到黏度在100-300mPa·s范围的有机桥接物与已表面活化处理复合粒子搅拌混合得到，有机桥接物与复合粒子的体积比为90％-95％：10％-5％。通过有机桥接物，保证各种环境下的电磁干扰对电子标签影响减到最小；改善了电磁波吸波材料与电子标签天线的阻抗匹配，解决了因封装吸波材料造成的频点偏移现象，从而保证了标签被读取的可靠性及标签实际使用的兼容性。

Description

用于物联网感知射频识别柔性电磁波复合吸波材料

技术领域

本发明涉及一种电磁波吸收材料，特别是指一种用于物联网感知射频识别柔性电磁波复合吸波材料。

背景技术

射频识别(RFID)技术是物联网中的重要组成部分，射频识别(RFID)技术从本质上是一项自动识别技术。通常,RFID系统由电子标签、读写器和数据管理系统这三个主要部分组成。电子标签由天线和RFID芯片组成,每个芯片都含有唯一的识别码,用来表示电子标签所附着的物体。读写器用来读写电子标签中的信息,读写器通过网络和其他计算机或系统通讯,完成对电子标签的信息获取、解释以及数据管理。可广泛应用于交通运输(如票务系统、物流管理系统等)、企业生产过程控制(如煤矿安全识别控制系统、企业产品防伪识别系统等)及其它需要对物品进行动态管理的行业(如图书馆管理系统、小区门禁管理系统)等等。

RFID系统的主要性能指标是阅读距离，也称为作用距离，它表示在最远为多远的距离上，阅读器能够可靠地与电子标签交换信息，即阅读器能读取标签中的信息。该系统通过无线电波进行数据传输，当无线电波遇到金属或液体或电磁干扰时，信号传导就会产生干扰衰减，进而影响数据读取的可靠性和准确度。为了解决这个问题就必须在电子标签内封装一层抗电磁屏蔽吸收材料。RFID标签根据IEC标准，主要工作在512KHz、13.56MHz、900MHz、2.4GHz四个频段。其中512KHz及2.4GHz主要为有源标签，因其标签中加装有电源，作用功率较大，各类电磁杂波干扰对该频段的通信传输造成的信号衰减相对较少。而用于13.56MHz的电子标签，一般为无源电子标签，作用功率较小，同时各类电磁杂波频率主要在0.1MHz至1GHz范围，因此对这个频段的通信传输造成的信号衰减较大；同时电子标签应用于金属物体时金属物体会与之产生电磁耦合，引起电子标签的阻抗发生变化，产生阻抗匹配失衡进而造成通信不畅，所以为了保证13.56MHz频段抗金属电子标签有效通信距离不受影响，有必要采用电磁波复合吸收材料与RFID电子标签封装在一起以保障通信距离不受影响。电磁波复合吸收材料的种类很多，如复合软磁吸收体，楔形吸收体，海绵式吸收体等，它们一般主要用于1GHz-18GHz，对于13.56MHz频率RFID的电子标签在抗电磁干扰、提高数据读取的可靠性、阅读距离(作用距离)方面基本无作用。

目前市售柔性复合吸收材料用于抗金属电子标签使用在金属物体上时最多能保证有效识别距离达到设计识别距离的40％左右，而且厚度一般在0.5mm,无法满足轻薄化应用要求。同时采用流延法制备的高磁导率片状烧结软磁铁氧体虽然可以保证有效识别距离达到设计识别距离的80％左右，但由于其经过了至少1100℃高温烧结，因此存在制造成本高、产品易碎及不易模切等缺陷。CN102300446A《一种用于物联网射频识别的电磁波复合吸收材料》中所述用于物联网射频识别材料的电磁波复合吸收材料由于其吸收剂组成成分为各类软磁材料及其混合物，其本质具有一定的导电性，虽然加有一定比例的树脂，但由于吸收剂粒子在胶合剂中难以实现均匀分布，相邻的吸收剂粒子之间难免出现接触，产品表面也难免出现吸收剂粒子外露，使用在金属物体上时吸收剂粒子与金属物体表面接触，其表面电阻率也为(1.0×105～1.0×106)Ω·m，所以该材料处于高频电磁场时会产生一定的电感量，当该材料粘贴或附着于电子标签时该材料产生的电感量则会对标签固有设计的电感产生影响，从而改变电子标签电感量，使电子标签的阻抗发生变化，其产生返回的信号频点与设计信号频点发生偏移，以致影响通信信号的交换，具体到实际应用中反映为：读写距离变短或读写距离的稳定性差或标签兼容性差。

发明内容

本发明提出一种用于物联网感知射频识别柔性电磁波复合吸波材料，通过对抗电磁干扰吸收剂粒子进行复合处理，获得工作频段更宽(覆盖0.1MHz至1GHz)、吸收率更高、磁导率及表面电阻率得到提升的复合抗电磁干扰吸收剂粒子，再将其通过压延或轧制工艺制成电磁波吸波材料，以实现轻薄化的、抗电磁干扰更强的、数据读取可靠性更好的、有效读取距离更远的，专用于物联网感知射频识别(13.56MHz)的薄膜状或片状电磁波复合吸波材料，以弥补现有技术的不足。

本发明的技术方案是这样实现的：一种用于物联网感知射频识别柔性电磁波复合吸波材料，其特征在于：按照重量百分比计，由下列组分组成：复合抗电磁干扰吸收剂粒子60％-95％，胶合剂40％-5％；所述复合抗电磁干扰吸收剂粒子是由0.1微米～40微米的软磁性金属粒子与软磁性磁悬浮液体混合干燥分散而成，两者体积比为60％-70％：40％-30％；所述软磁性磁悬浮液体由已稀释到黏度在100-300mPa·s范围的有机桥接物与已表面活化处理复合粒子搅拌混合得到，有机桥接物与复合粒子的体积比为90％-95％：10％-5％。

作为优选，所述有机桥接物包括聚酯系列树脂、聚乙烯树脂、聚氯乙烯系列树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、纤维素系列树脂等热可塑性树脂；所述胶合剂包括有机树脂、氯化聚乙烯、硅橡胶、热塑性弹性体及改性橡胶等；所述表面活性剂包括油酸、氢氧化四甲基铵、柠檬酸、大豆卵磷脂等。

一种用于物联网感知射频识别柔性电磁波复合吸波材料的制作方法，所述其步骤为：

a.选取软磁金属制成0.1微米～40微米的粒子作为吸收剂粒子；

b.选取软磁铁氧体制成0.1微米～2微米的球形粒子作为复合粒子，同时采用表面活性剂对其进行处理；

c.选取聚酯系列树脂、聚乙烯树脂、聚氯乙烯系列树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、纤维素系列树脂等热可塑性树脂作为有机桥接物；

d.采用有机溶剂对有机桥接物进行稀释,稀释后的有机桥接物黏度在100-300mPa·s范围；

e.将已表面活化处理复合粒子与已稀释的有机桥接物进行搅拌混合，得到软磁性铁氧体磁悬浮液体，有机桥接物与复合粒子的体积比为90％-95％：10％-5％；

f.将微米级软磁性金属粒子加入软磁性磁悬浮液体进行混合，微米级软磁性金属粒子与软磁性磁悬浮液体体积比为60％-70％：40％-30％；混合后干燥、分散，得到复合抗电磁干扰吸收剂粒子，复合抗电磁干扰吸收剂粒子在0.1微米～45微米之间；

g.在复合抗电磁干扰吸收剂粒子中添加胶合剂并混合均匀，复合抗电磁干扰吸收剂粒子：胶合剂＝60％-95％：40％-5％，得到复合抗电磁干扰吸波原材料；

h.复合抗电磁干扰吸波原材料可以采用压延或轧制工艺制备0.05mm～2.0mm厚度的薄膜或片状的电磁波复合吸收材料。

作为优选，所述软磁金属吸收剂粒子可以举例为：Fe-Ni合金系、Fe-Ni-Mo合金系、Fe-Ni-Si-B合金系、Fe-Si合金系、Fe-Si-Al合金系、Fe-Cr-Al-Si合金系等，这些软磁金属制成微米级的粒子可以使用1种，也可以将2种或更多种混合使用。

作为优选，所述软磁铁氧体粒子为：Ni-Zn系铁氧体、Mn-Zn系铁氧体、Mn-Mg系铁氧体、Cu-Zn系铁氧体、Ni-Cu-Zn系铁氧体、Fe-Ni-Zn-Cu系、Fe-Mg-Zn-Cu系等软磁铁氧体。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.通过有机桥接物，在片状金属吸收剂粒子表面桥接了软磁铁氧体粒子，从而得到一种抗电磁干扰作用范围更宽的复合吸收剂粒子，可有效在0.1MHz至1GHz范围内对电磁杂波进行吸收衰减，从而保证各种环境下的电磁干扰对电子标签影响减到最小；

2.通过有机桥接物，在片状金属吸收剂粒子表面桥接了球形软磁铁氧体粒子，从而增加了复合抗电磁干扰吸收剂粒子在压延或轧制工艺中更容易的实现外部机械取向，实现了在片状或薄膜状吸波材料内拥有层状组合结构，进一步提高了材料的磁导率，有利于13.56MHz频段的有效信号在材料内部的导通，隔断了其穿透吸波材料的作用；

3.通过有机桥接物，在片状金属吸收剂粒子表面聚结了有机物及软磁铁氧体粒子，改善了电磁波吸波材料与电子标签天线的阻抗匹配，解决了因封装吸波材料造成的频点偏移现象，从而保证了标签被读取的可靠性及标签实际使用的兼容性。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

1、选用Fe-Si-Al合金片状粉(长径比大于5)作为电磁干扰吸收剂，电磁波吸收剂粒子在0.5微米～40微米的范围。

2、采用Ni-Zn系铁氧体0.1微米～2微米的球形粒子作为复合粒子，并用油酸进行表面活化处理。

3、采用市售135A CPE树脂作为有机桥接物，溶解于溶于市售芳香烃或卤代烃中，树脂溶液粘度在300mPa·s，再加入活化处理后的复合粒子进行混合搅拌，树脂溶液用量按电磁波吸收剂粒子体积比约为92％：8％，得到软磁性铁氧体磁悬浮液体。

4、将Fe-Si-Al合金片状粉加入Ni-Zn系铁氧体磁悬浮液体，Fe-Si-Al合金片状粉与Ni-Zn系铁氧体磁悬浮液体的体积比为70％：30％；混合后干燥、分散，得到复合抗电磁干扰吸收剂粒子。

5、选用聚氨酯树脂作为胶合剂，复合抗电磁干扰吸收剂粒子与聚氨酯树脂的重量比约为60:40，采用压延工艺，制成0.1mm厚度的薄膜状电磁波复合吸收材料。采用网络分析仪测量方法，该膜层在0.1MHz～1GHz频段的吸收衰减为：-8dB～-12dB,磁导率υ¹(在1MHz时)为：60,表面电阻率为：1×10⁶Ω·m。该薄片用双面胶带粘贴于13.56MHz抗金属RFID标签，在标签有干扰(标签背部有金属物，较强电磁反射)的条件下，可靠通信距离为设计识别距离的90％。

实施例二：

1、选用Fe-Si-Al合金片状粉(长径比大于5)、Fe-Ni-Mo合金片状粉混合物作为电磁波吸收剂，Fe-Si-Al合金片状粉与Fe-Ni-Mo合金片状粉的重量比为70％：30％，电磁波吸收剂粒子粒径在0.9微米～40微米的范围。

2、采用Ni-Cu-Zn系铁氧体0.1微米～2微米的球形粒子作为复合粒子，并用大豆卵磷脂进行表面活化处理。

3、采用市售PVP作为有机桥接物，用乙醇作为有机溶剂，稀释后有机桥接物粘度在100mPa·s，再加入活化处理后的复合粒子进行混合搅拌，树脂溶液用量按电磁波吸收剂粒子体积比约为90％：10％，得到Ni-Cu-Zn系铁氧体磁悬浮液体。

4、将Fe-Si-Al合金片状粉(长径比大于5)、Fe-Ni-Mo合金片状粉混合物加入Ni-Cu-Zn系铁氧体磁悬浮液体，Fe-Si-Al合金片状粉与Ni-Cu-Zn系铁氧体磁悬浮液体的体积比为60％：40％；混合后干燥、分散，得到复合抗电磁干扰吸收剂粒子。

5、选用氯化聚乙烯作为胶合剂，胶合剂重量为复合抗电磁干扰吸收剂粒子重量的12％，采用轧制工艺，制成1mm厚度的片状电磁波复合吸收材料。采用网络分析仪测量方法，1mm厚的吸波片在0.1MHz～1GHz的吸收衰减为：-10dB～-15dB；磁导率υ¹(在1MHz时)为：65，表面电阻率为：1×10⁷Ω·m。该复合电磁吸波片用双面胶带粘贴于13.56MHz抗金属RFID标签，在标签有干扰(标签背部有金属物，较强电磁反射)的条件下，可靠通信距离为设计识别距离的95％。

实施例三：

1、选用Fe-Cr-Al-Si合金片状粉(长径比大于5)作为电磁干扰吸收剂，电磁波吸收剂粒子在0.1微米～40微米的范围。

2、采用Mn-Zn系铁氧体0.1微米～2微米的球形粒子作为复合粒子，并用油酸进行表面活化处理。

3、采用市售PU作为有机桥接物，溶解于丙酮中，树脂溶液粘度在200mPa·s，再加入活化处理后的复合粒子进行混合搅拌，树脂溶液用量按电磁波吸收剂粒子体积比约为95％：5％，得到Mn-Zn系铁氧体磁悬浮液体。

4、将Fe-Si-Al合金片状粉加入Mn-Zn系铁氧体铁氧体磁悬浮液体，Fe-Si-Al合金片状粉与Mn-Zn系铁氧体系铁氧体磁悬浮液体的体积比为65％：35％；混合后干燥、分散，得到复合抗电磁干扰吸收剂粒子。

5、选用NBR橡胶(丁腈含量为40)作为胶合剂，复合抗电磁干扰吸收剂粒子与NBR橡胶的重量比约为85:15，经密炼、压延制成0.4mm毛坯片，于100T硫化机，在压力10MPa、温度130℃左右、硫化时间20分钟条件下，成型得到200mm×200mm×0.2mm的弹性片状复合电磁波吸波材料。然后采用网络分析仪测量方法，0.2mm厚的吸波片在0.1MHz～1GHz的吸收衰减为：-5dB～-10dB；磁导率υ¹(在13.56MHz时)为：60，表面电阻率为：1×10⁷Ω·m。该复合屏蔽吸波片用双面胶带粘贴于13.56MHz抗金属RFID标签，在标签有干扰(标签背部有金属物，较强电磁反射)的条件下，可靠通信距离为设计识别距离的92％。

由以上实施例可以得出，在标签有干扰(标签背部有金属物，较强电磁反射)的条件下，本发明材料的可靠通信距离可以达到设计识别距离的90％以上。

通过有机桥接物，可有效在0.1MHz至1GHz范围内对电磁杂波进行吸收衰减，从而保证各种环境下的电磁干扰对电子标签影响减到最小；实现了在片状或薄膜状吸波材料内拥有层状组合结构，进一步提高了材料的磁导率，有利于13.56MHz频段的有效信号在材料内部的导通，隔断了其穿透吸波材料的作用；改善了电磁波吸波材料与电子标签天线的阻抗匹配，解决了因封装吸波材料造成的频点偏移现象，从而保证了标签被读取的可靠性及标签实际使用的兼容性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于物联网感知射频识别柔性电磁波复合吸波材料，其特征在于：按照重量百分比计，由下列组分组成：复合抗电磁干扰吸收剂粒子60％-95％，胶合剂40％-5％；所述复合抗电磁干扰吸收剂粒子是由0.1微米～40微米的软磁性金属粒子与软磁性磁悬浮液体混合干燥分散而成，两者体积比为60％-70％：40％-30％；所述软磁性磁悬浮液体由已稀释到黏度在100-300mPa·s范围的有机桥接物与已表面活化处理复合粒子搅拌混合得到，有机桥接物与复合粒子的体积比为90％-95％：10％-5％。

2.根据权利要求1所述的用于物联网感知射频识别柔性电磁波复合吸波材料，其特征在于：所述有机桥接物包括聚酯系列树脂、聚乙烯树脂、聚氯乙烯系列树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、纤维素系列树脂等热可塑性树脂；所述胶合剂包括有机树脂、氯化聚乙烯、硅橡胶、热塑性弹性体及改性橡胶等；所述表面活性剂包括油酸、氢氧化四甲基铵、柠檬酸、大豆卵磷脂等。

3.一种用于物联网感知射频识别柔性电磁波复合吸波材料的制作方法，其特征在于：所述其步骤为，

a.选取软磁金属制成0.1微米～40微米的粒子作为吸收剂粒子；

4.根据权利要求3所述的用于物联网感知射频识别柔性电磁波复合吸波材料的制作方法，其特征在于：所述软磁金属吸收剂粒子可以举例为：Fe-Ni合金系、Fe-Ni-Mo合金系、Fe-Ni-Si-B合金系、Fe-Si合金系、Fe-Si-Al合金系、Fe-Cr-Al-Si合金系等，这些软磁金属制成微米级的粒子可以使用1种，也可以将2种或更多种混合使用。

5.根据权利要求3所述的用于物联网感知射频识别柔性电磁波复合吸波材料的制作方法，其特征在于：所述软磁铁氧体粒子为：Ni-Zn系铁氧体、Mn-Zn系铁氧体、Mn-Mg系铁氧体、Cu-Zn系铁氧体、Ni-Cu-Zn系铁氧体、Fe-Ni-Zn-Cu系、Fe-Mg-Zn-Cu系等软磁铁氧体。