CN111814941A - 一种丝网印刷的nfc织物天线标签 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种丝网印刷的NFC织物天线标签。该天线标签的制备方法包括：将导电油墨直接丝网印刷在尼龙基底上，形成织物天线；进行热压工艺处理，然后进行仿真；用导线将织物天线和芯片相连接。该方法采用简单的丝网印刷方法，成本较低，性能稳定，能够进行大规模的生产使用，制备得到的天线标签能够应用于身份识别和电子门禁等NFC的典型应用领域。

Description

一种丝网印刷的NFC织物天线标签
技术领域
本发明属于智能纺织品的技术领域，特别涉及一种丝网印刷的NFC织物天线标签。
背景技术
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，通过适当的信息和通信技术，将数字实体和物理实体可以连接在一起，从而实现一种全新的应用和服务。其中近场通讯(NFC)技术将有望在物联网的识别技术发挥重要的作用。NFC工作频率为13.56MHz，通过近场电磁耦合，从而能够实现短距高频的无线通讯。NFC技术不需要接触就能够实现能量和信息交换和传递，而且由于其工作距离短，所以安全性更高。近年来，随着可穿戴电子技术的快速发展，可穿戴的NFC天线标签也越来越受到人们的关注。
目前市场上NFC天线标签，通常使用的基材是硬质基板或者塑料，用在可穿戴标签时往往会影响美观和舒适感。而且此类标签的抗机械性能较差，这会极大的影响标签的性能和使用寿命。基于商业化的生产和实际应用，理想的方式应该是直接在现有的纺织品上实现NFC天线标签功能。虽然已经有报道在柔性基底或织物基底实现了NFC功能，但是材料的附着性往往较差或者是忽略不提，这严重影响了其使用寿命和性能应用。
不同的方法已经应用于织物基的电子电路的制备，包括3D打印、喷墨印刷、丝网印刷、转移印刷等等。尽管喷墨印刷、转移印刷等技术具有较高的印刷分辨率，但往往涉及到复杂的操作过程，昂贵的生产设备。丝网印刷作为延续至今的传统纺织工业生产技术，方法简单、高效、成本低，更适合大规模的生产应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种丝网印刷的NFC织物天线标签，以克服现有技术中NFC织物天线标签附着性差，以及制备方法复杂、成本较高等缺陷。
本发明提供一种丝网印刷的NFC织物天线标签的制备方法，包括：
(1)将导电油墨直接丝网印刷在尼龙基底上，形成织物天线；
(2)将步骤(1)中织物天线进行热压工艺处理，然后进行仿真；
(3)用导线将步骤(2)中得到的织物天线和芯片相连接，得到NFC织物天线标签。
所述步骤(1)中导电油墨为导电Ag油墨。
所述导电Ag油墨包括主要由Ag纳米片和热塑型树脂组成。
所述导电Ag油墨的方阻为0.075Ω/sq。
所述步骤(1)中尼龙基底的参数为：纱线密度为300T，单位面积质量为100±5g/m3，厚度为0.1±0.02mm。
所述步骤(2)中热压工艺处理中热压温度为110-130℃，压力为0.5-0.8MPa，时间为4-6min。
所述步骤(2)中仿真是利用HFSS工具，以得到性能最优的织物天线参数。HFSS工具是Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件，可用各种天线的仿真设计和电磁问题的仿真分析。
所述步骤(3)中导线为铜导线。
所述步骤(3)中芯片为NXP NTAG213芯片；织物天线为环形线圈结构。
所述步骤(3)中导线与芯片是通过聚氨酯树脂粘贴固定。
所述步骤(3)中织物天线和芯片通过导电胶进行连接。
本发明还提供一种上述方法制备得到的NFC织物天线标签。
本发明还提供一种上述方法制备得到的NFC织物天线标签的应用。
本发明通过简单的丝网印刷的策略，直接将Ag导电油墨印刷在尼龙织物形成线圈天线，然后通过热压工艺极大提高了油墨的附着力，再进一步的将天线和芯片进行集成，制备了基于NFC的织物天线标签。该织物天线具有优异的导电性，较好的抗弯折性和附着性，能够应用于身份识别和电子门禁。
有益效果
本发明取代了传统的硬质基底，通过与织物直接进行结合，在可穿戴领域具有更强的适应性。通过热压工艺能够极大提高了油墨的附着力。而且该织物标签具有优异的导电性，较好的抗弯折性。
本发明采用简单的丝网印刷方法，成本较低，性能稳定，能够进行大规模的生产使用。除此之外，制备得到的天线标签还能够应用于身份识别和电子门禁等NFC的典型应用领域。
附图说明
图1为本发明的环形线圈天线的结构示意图。
图2为本发明丝网印刷天线的示意图。
图3为本发明热压织物天线的示意图。
图4为实施例1中热压前后油墨的附着性测试图，其中(a)为未热压，(b)为热压。
图5为实施例1中热压前后油墨的方阻变化图。
图6为实施例2中电感与天线线间距之间的关系图。
图7为实施例3中电感与天线线宽之间的关系图。
图8为实施例4中电感与天线线圈匝数之间的关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
采用图2中的丝网印刷的方法，先将尼龙基底固定在支撑台上，再将网板固定在尼龙基底(纱线密度为300T，单位面积质量为100g/m3，厚度为0.1mm，阿里巴巴集团)上方，在丝网印版的一端倒入导电Ag油墨(主要由Ag纳米片和热塑性树脂组成，DS-8518，深圳市帝玛仕科技有限公司)，用刮板对网板上的油墨部位施加一定压力，同时朝网板另一端匀速移动，导电油墨在移动中被刮板从图文部分的网孔中挤压到尼龙基底上，形成目标图案。然后将其放进70℃烘箱10min进行干燥。将干燥后织物标签进行热压(如图3所示)，热压温度为120℃，压力为0.5MPa，时间为5min。热压后通过胶带剥离验证油墨和织物间的附着性，由图4可知，热压处理后，油墨的粘附性明显提升。使用四探针测试仪测量热压前后的方阻变化。如图5所示，热压后方阻从0.06Ω/sq降低到0.02Ω/sq，说明导电性明显的增加。而且热压后会形成更加致密的导电层，所以抗弯折性在一定程度上也有所增加。所以热压工艺能够有效的的提高油墨在织物的附着性、油墨的导电性以及导电织物的抗弯折性。
实施例2
选用导电Ag油墨作为导电材料材料(主要由Ag纳米片和热塑性树脂组成，DS-8518，深圳市帝玛仕科技有限公司)，其中导电Ag油墨的方阻为0.075Ω/sq，固含量为58％。设计天线的工作频率为13.56MHz，基底为尼龙布料(纱线密度为300T，单位面积质量为100g/m3，厚度为0.1mm，阿里巴巴集团)。图1中，W和L分别为辐射元宽和长，W1为线宽，S为线间距，W2和W3为馈电线的长度，分别固定为15cm和8cm。
采用图2中的丝网印刷的方法，先将尼龙基底固定在支撑台上，再将网板固定在尼龙基底上方，在丝网印版的一端倒入导电Ag油墨，用刮板对网板上的油墨部位施加一定压力，同时朝网板另一端匀速移动，导电油墨在移动中被刮板从图文部分的网孔中挤压到承印物上，形成目标图案。然后将织物天线放进70℃烘箱10min进行干燥。干燥后将织物标签进行热压(如图3所示)，热压温度为120℃，压力0.5MPa，时间为5min。然后利用HFSS工具进行仿真，天线的参数为：保持线圈N＝4，W1＝0.5mm，不变，改变线间距S分别为0.5mm，1mm，2mm。最后用铜导线将织物天线和NXP NTAG213芯片相连接，连接处采用导电银胶，芯片和铜线分别用聚氨酯固定，从而形成NFC织物天线标签。
将上述参数在HFSS工具中进行建模仿真，得到天线不同线间距下的电感值如图6所示，由图6可知，随着线间距的增大，电感逐渐减小，当S＝0.5mm时，电感最大，S＝1mm时，电感最大。为了更好的进行电路匹配，天线的等效电感一般设在1～2μH范围内，所以线圈间距的优化值S取为2.0mm。
实施例3
采用图2中的丝网印刷的方法，先将尼龙基底固定在支撑台上，再将网板固定在尼龙基底上方，在丝网印版的一端倒入导电Ag油墨，用刮板对网板上的油墨部位施加一定压力，同时朝网板另一端匀速移动，导电油墨在移动中被刮板从图文部分的网孔中挤压到承印物上，形成目标图案。然后将织物天线放进70℃烘箱10min进行干燥。干燥后将织物标签进行热压(如图3所示)，热压温度为120℃，压力0.5MPa，时间为5min。然后利用HFSS工具进行仿真，天线的参数为：保持线圈N＝4，线间距S＝2.0mm不变，改变线宽W1分别为0.5mm，1mm，2mm。其它条件和实施例2中相同，得到NFC织物天线标签。
将上述参数在HFSS工具中进行建模仿真，得到天线不同线宽下的电感值如图7所示，由图7可知，随着线宽的增加，电感逐渐减小，当W1＝0.5mm时，电感最大，W1＝2.0mm时，电感最小。为了更好的进行电路匹配，天线的等效电感一般设在1～2μH范围内，所以线圈间距的优化值W1取为2.0mm。
实施例4
采用图2中的丝网印刷的方法，先将尼龙基底固定在支撑台上，再将网板固定在尼龙基底上方，在丝网印版的一端倒入导电Ag油墨，用刮板对网板上的油墨部位施加一定压力，同时朝网板另一端匀速移动，导电油墨在移动中被刮板从图文部分的网孔中挤压到承印物上，形成目标图案。干燥后将织物标签进行热压(如图3所示)，热压温度为120℃，压力0.5MPa，时间为5min。然后利用HFSS工具进行仿真，天线的参数为：保持线圈S＝2.0mm，W1＝0.5mm不变，改变线圈数N分别为4，5，6。其它条件和实施例2中相同，得到NFC织物天线标签。
将上述参数在HFSS工具中进行建模仿真，得到天线不同线圈下的电感值如图8所示，由图8可知，随着线圈的增加，电感逐渐增大，当N＝6时，电感最大，N＝4时，电感最小。为了更好的进行电路匹配，天线的等效电感一般设在1～2μH范围内，所以线圈间距的优化值N取为4。

Claims (9)

1.一种丝网印刷的NFC织物天线标签的制备方法，包括：
(1)将导电油墨直接丝网印刷在尼龙基底上，形成织物天线；
(2)将步骤(1)中织物天线进行热压工艺处理，然后进行仿真；
(3)用导线将步骤(2)中得到的织物天线和芯片相连接，得到NFC织物天线标签。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中导电油墨为导电Ag油墨，所述导电Ag油墨主要由Ag纳米片和热塑型树脂组成。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中尼龙基底的参数为：纱线密度为300T，单位面积质量为100±5g/m3，厚度为0.1±0.02mm。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中热压工艺处理中热压温度为110-130℃，压力为0.5-0.8MPa，时间为4-6min。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中仿真是利用HFSS工具。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(3)中芯片为NXP NTAG213芯片；织物天线为环形线圈结构。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(3)中导线与芯片是通过聚氨酯树脂粘贴固定；织物天线和芯片通过导电胶进行连接。
8.一种如权利要求1所述方法制备得到的NFC织物天线标签。
9.一种如权利要求1所述方法制备得到的NFC织物天线标签的应用。
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