PL218989B1 - Polimerowa pasta srebrowa do druku anten etykiet RFID - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest polimerowa pasta srebrowa do druku anten etykiet RFID pracujących w zakresie UHF.

Obecnie produkowane pasty polimerowe przeznaczone do wytwarzania anten składają się z dwóch podstawowych elementów: wypełniacza w postaci cząstek metali oraz osnowy polimerowej najczęściej w formie roztworu w mieszaninie rozpuszczalników, rozcieńczalników i dodatków. Jako pierwszy składnik najczęściej stosuje się srebro, które charakteryzuje się znakomitym przewodnictwem elektrycznym i cieplnym. Jest ono odporne chemicznie i nie przestaje przewodzić nawet po utlenieniu, posiada dobrą adhezyjność i relatywnie niską temperaturą topnienia.

W zależności od stosowanej techniki druku, na przykład druku strumieniowego, sitodruku, czy fleksodruku, produkowane pasty srebrowe charakteryzują się różnymi właściwościami reologicznymi jak lepkość i tiksotropia oraz fizycznymi jak napięcie powierzchniowe i zwilżalność.

Obecny rozwój technologii identyfikacji radiowej jest hamowany przez relatywnie wysoką cenę jednostkową etykiety RFID. Uniemożliwia ona powszechne ich zastosowanie. Obniżenie ceny etykiety RFID jest możliwe dzięki wprowadzeniu elektroniki drukowanej, która oferuje nowe możliwości wytwarzania elementów elektronicznych na elastycznych podłożach.

W ramach badań prowadzonych w zakresie elektroniki drukowanej opracowuje się nowe materiały. Wśród nich wyróżnia się polimery przewodzące, m.in. PEDOT-poli(3,4-etyleno-1,4-dioksytiofen), czyjego mieszaninę z sulfonianem polistyrenu PSS, stosowaną m.in. do wytwarzania powłok antystatycznych, przełączników membranowych, ekranów dotykowych czy transparentnych elektrod do elektroluminescencyjnych lamp i wyświetlaczy.

Polimer przewodzący PEDOT:PSS może być również użyty do produkcji past jako osnowa dla cząstek metali. W amerykańskim opisie patentowym US 2008/0187651 opisana jest pasta składająca się z polimeru przewodzącego PEDOT:PSS, nanocząstek metali oraz osnowy. Jest ona przeznaczona do drukowania elektrod tranzytorów OTFT. Pasta opisana w tym opisie składa się z atramentu srebrowego zawierającego 20% wag. cząstek nanosrebra o wymiarach 30 - 50 nm zawieszonych w mieszaninie etanolu i glikolu etylenowego o lepkości 14,5 mPa.s oraz mieszaniny PEDOT:PSS z dodatkiem 3% wag. sorbitolu. Stosunek wagowy polimeru PEDOT:PSS do cząstek srebra wynosi 1:11,8. Dodatkowo, mieszaninę PEDOT:PSS+sorbitol rozcieńcza się wodą dejonizowaną do 33% początkowego stężenia. Z kolei, do atramentu srebrowego dodaje się glikol etylenowy i etanol uzyskując 25% stężenia wyjściowego. Powyższe roztwory miesza się otrzymując ostateczną pastę. Podane optymalne warunki utwardzania warstwy to: 125 + 150°C przez 0,1 + 1 h. W opisanym patencie stosowane są cząstki nanosrebra, co znacząco wpływa na podniesienie ceny pasty.

Znane są z literatury: E. Kymakis i in., „Carbon nanotube/PEDOT:PSS electrodes for organic photovoltaics”, European Physical Journal - Applied Physics, nr 36, str.: 257-259,2006 oraz B.K. Lok i in., „Characterization of Inkjet Printed MWCNT in Colloidal and Conductive Polymer Solution”, 10 th Electronics Packaging Technology Conference, str.: 285-290, 2008, polimerowe pasty składające się z roztworu polimeru przewodzącego PEDOT:PSS oraz nanorurek węglowych. Opisane w literaturze polimerowe pasty charakteryzują się relatywnie wysoką rezystancją powierzchniową.

Polimerowa pasta srebrowa według wynalazku składa się z polimeru przewodzącego PEDOT:PSS, płatków srebrowych o średniej wielkości 2-4 μm oraz wielościennych nanorurek węglowych o średnicy 5 - 100 nm i długości 0,5 - 5 μm. Stosunek wagowy polimeru przewodzącego PE-DOT:PSS do płatków srebrowych wynosi (20 - 35)/(65 - 80), a ilość dodatku nanorurek węglowych stanowi od 0,01 do 0,05% wag.

Pastę otrzymuje się poprzez wymieszanie w/w składników w następujący sposób. Płatki srebrowe miesza się z nanorurkami węglowymi. Jedną trzecią ilości mieszaniny płatków srebrowych i nanorurek węglowych dodaje się do roztworu PEDOT:PSS i miesza się w moździerzu agatowym. Następnie dodaje się po jednej trzeciej mieszaniny płatków srebrowych i nanorurek węglowych. W celu lepszego zwilżenia płatków srebrowych i nanorurek węglowych, pastę trzykrotnie przeciera się przez siatkę stalową.

Dodatek płatków srebrowych wpływa na zwiększenie lepkości pasty i poprawienie jej właściwości Teologicznych, ułatwiając nanoszenie na podłoża tanią metodą sitodruku. Srebro jest znacznie tańsze niż inne metale szlachetne, a sposoby otrzymywania cząstek srebra o zamierzonej wielkości i kształcie ziaren oraz metody płatkowania srebra są dobrze znane, co jest jego dodatkową zaletą. Ponadto obecność srebra o wysokim przewodnictwie elektrycznym poprawia tę cechę w gotowej warstwie.

PL 218 989 B1

Podobnie dodatek nanorurek węglowych wpływa korzystnie na przewodnictwo, a ich znakomite właściwości mechaniczne, zwłaszcza wytrzymałość na rozciąganie rzędu 150 GPa, powodują wysoką elastyczność otrzymywanych warstw.

Zaletą pasty srebrowej według wynalazku jest zastosowanie jako osnowy polimeru przewodzącego PEDOT:PSS powodującego obniżenie rezystancji powierzchniowej nadrukowanej warstwy. Ponadto, niniejsza pasta jest kompatybilna z elastycznymi materiałami podłożowymi, takimi jak papier i folia, dzięki czemu pozwala wytwarzać tanie, elastyczne anteny etykiet do systemów identyfikacji radiowej. Co więcej, pasta nie wymaga stosowania dodatkowego rozcieńczalnika, co uprasza proces jej produkcji i pozwala również na obniżenie kosztu jednostkowego drukowanych anten.

P r z y k ł a d 1

Polimerowa pasta srebrowa do wytwarzania anten etykiet RFID składa się z 30% wag. polimeru przewodzącego PEDOT:PSS i 69,8% wag. płatków srebra o średniej wielkości 2 - 4 μm i 0,02% wag. wielościennych nanorurek węglowych, o średnicy 5 - 100 nm i długości 0,5 - 5 μm. Wykonuje się ją poprzez dokładne zmieszanie w/w składników. Warstwy nadrukowane niniejszą pastą wygrzewa się w temperaturze 120°C przez 15 minut. Rezystancja powierzchniowa warstwy o grubości 25 μm wynosi 30 mQ/c.

P r z y k ł a d 2

Polimerowa pasta srebrowa do wytwarzania anten etykiet RFID składa się z 20% wag. polimeru przewodzącego PEDOT:PSS i 79,5% wag. płatków srebra o średniej wielkości 2 - 4 μm i 0,05% wag. wielościennych nanorurek węglowych, o średnicy 5 - 100 nm i długości 0,5 - 5 μm. Wykonuje się ją poprzez dokładne zmieszanie w/w składników. Warstwy nadrukowane niniejszą pastą wygrzewa się w temperaturze 120°C przez 15 minut. Rezystancja powierzchniowa warstwy o grubości 25 μm wyno-

Claims (1)

1. Polimerowa pasta srebrowa do druku anten etykiet RFID, składająca się z polimeru przewodzącego PEDOT:PSS jest, znamienna tym, że jako wypełniacz zawiera płatki srebra o średnich wymiarach 2 - 4 μm (65 - 80% wag.) z dodatkiem wielościennych nanorurek węglowych o wymiarze cząstek od 5 - 100 nm w ilości 0,01 -0,05% wag.