本发明专利技术提出无粘着剂的导电碳浆，印刷在PET或是纸张纤维基材，作为无线射频识别(RFID)的天线。无粘着剂的添加可大幅提升墨水的导电性，且在超高频频宽的应用中，墨水不需要混入金属，使得射频识别的制作成本大幅降低。此导电碳浆良好的附着性，取决于导电碳材粉料和基材纤维的搭配，并通过辗压以及保护层涂布即可达到使导电碳和纸张紧密结合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是有关一由无粘着剂的导电墨水所制成的无线天线，其导电性可显著被提升，并大幅降低成本。
技术介绍
在专利文献中，所有的导电性墨水包含至少一种粘着剂，例如聚合物，环氧树脂，硅氧烷，和树脂基粘着剂。该粘着剂为绝缘体，所以导电材料的数量必须增加，以保持其导电性。因此，墨水成本会提高。适用于天线应用的所有导电性墨水包括金属，用以作为主要的导电材料。金属的使用，不仅具有高成本的缺点，也会造成因金属氧化的有限寿命，复杂的生产过程，及一些无弹性的应用。两种适用于无线应用的天线主要制程包括，铜/铝箔蚀刻。此方法需要复杂的程序，如腐蚀剂的高污染化学品，以及需要耐腐蚀基板设置。但其是一种高成本且具高污染废弃物的制程，同时需要用于光刻处理的昂贵设备。另一种为墨水印刷制程，包括网版印刷，喷墨印刷，凹版印刷等印刷墨水，其具有制程简单，生产快速，及低成本的优势。然而，它的普及性受限于导电墨水的性能不足。因此，缺乏兼具高导电性和稳定性仍然是导电墨水在市场上的主要问题。限制天线用于无线应用的性能的关键因素为电波和电流(无线电频率能量的接收和转换)之间的转换效率。以射频识别标签为例，射频识别标签包括天线及IC晶片，读取器会发送电磁波至射频识别标签。在射频识别标签中的天线会转换电磁波进入电流内，藉以启动该IC晶片。储存在IC晶片中的数据经由天线产生的电磁波被发送回读取器内。因此，天线的转换效率扮演至关重要的角色。为了获取良好的转换效率，天线需具备高导电性和适当的图案设计。在一铜(铝)箔蚀刻方法中，通过本方法所制成的天线具有低电阻、高精确度、性能好的优点，但是蚀刻过程复杂，且需要用于光刻的昂贵设备。因此，
成本高，制作时间长、使用基材限制多(例如耐腐蚀基材)，为蚀刻过程的弱点，且需使用许多高污染的药剂如蚀刻液和清洗液，故制程不环保。网版印刷法是既快速又便宜的方法，可直接使用导电墨水印刷于基板上，污染少且由于不含蚀刻制程，故能选择的基板多。然而，由墨水印刷所制成的天线性能普通，其特点在于具弹性，粘着性，且其导电性取决于导电墨水的品质。但高品质的导电墨水通常会造成价格高，而抵销墨水印刷的优点。目前金属是导电墨水中的主要导电物质，常用的金属有铜和银，但铜容易氧化，而银的价格高。由于金属粉末的导电性比块状金属还糟，下列几种方法，可改善导电墨水在学术和工业界的导电性。首先，可提高干燥温度，使金属颗粒重新调整，达到更好的导电性。在此情况下，基板材不限于耐高温类型的基板。第二，减少金属粉末尺寸至奈米等级，以便使金属颗粒可在低温下重新排列。然而，该奈米级金属将会增加成本。金属的附着性也是另一个难题，由于金属无法自行成膜在基板上，故金属导电墨水的附着性完全依靠导电墨水中添加的粘着剂，但粘着剂多为绝缘体，进而影响墨水的导电性，粘着剂的添加则造成粘着性和电阻率两者难以兼顾。一些导电墨水声称仅需使用导电性碳材料，例如碳黑，石墨，碳奈米管，石墨烯。但其电导率无法与金属墨水匹敌，因为这些碳材料具有较低的导电性。此外，粘合添加剂也会应用于此类产品中。美国专利公开号20120277360揭示一导电墨水的导电材料组成中至少含有一种高分子粘着剂，以达到良好的附着性，且含有额外的导电物质如金属、金属氧化物等，其表面电阻介于0.001至500ohm/sq之间。美国专利公开号20040175515揭示，以片状材料所组成的导电墨水可通过凸版和凹版印刷，印制具高导电性的天线；其也使用15至25重量百分比的高分子及树脂作为粘着剂，导电材料则以金属氧化物，金属颗粒及碳黑为主，片电阻表现则相对较高，在200至50000ohm/sq左右。美国专利号7017822揭示一导电荷载的树脂基材，用以形成射频识别天线。其导电材料包括碳，石墨，及金属粉末(例如，镍，铜和银)。使用于基材
的粘着剂可为环氧树脂粘着剂，或直接铸模至树脂基材上。其片电阻可达5至25ohm/sq之间。台湾专利技术专利号I434456揭示一用于制造射频识别天线的喷墨印刷方法。其金属离子，例如，镍，金，和铜溶解在墨水中，且在干燥后可通过无电电镀的方式将金属还原。但此制程太复杂，且基板被限制必须为不织布熔岩纤维纸。中国专利公告号CN101921505揭示一种用于射频识别天线的导电墨水，其墨水材料采用银奈米线与银纳米粒子的混合物作为导电材料，并且使用2至10％的环氧树脂。中国专利公告号CN103436099揭示一种复合导电墨水，含有片状银粉和石墨烯。但该银粉及树脂约占20至40％，且具有5至30％的复合物。因此其大部分的组成物仍然为银粉及树脂。此外，中国专利公告号CN103436099揭示一石墨烯的导电墨水。该导电材料为石墨烯和类似的石墨，炭黑，乙炔黑等其它的导电碳材等。虽然无任何金属使用于此墨水中，但其导电性并未被提及，且也未声明其可被应用于天线中。另一方面，树脂粘着剂也占所述组合物在墨水中高达0至70％的比例。
技术实现思路
不含粘着剂的导电墨水的粘着力来自于碳薄片的良好成膜力。据报导，具分散力的石墨烯墨水可通过吸气膜过滤，简单地形成一石墨烯薄膜。该石墨烯膜片非常具弹性。这种具优势的成膜力对碳材料而言，非常独特。由于金属粉末不具成膜性，利用粘着剂的添加，以达到良好的粘着性无法被避免。环氧树脂为一般的粘着剂之一，其除了对基板具良好的粘着性外，该环氧树脂亦具有良好的成膜力，以便促进金属粉末之间的联结。其它聚合粘着剂，如橡胶聚合物，也可以通过其成膜性提高金属粉末的粘附力。因此，在本专利技术的关键概念在于使用碳材料同时作为导电材料及粘合剂使用。在导电墨水中不需添加粘着剂，即可显著提高导电性，故可避免金属粉末的使用。通过此一概念，导电墨水的成本可以被大幅降低，而墨水印刷
的好处也可被充分实现。上述目的可利用本专利技术由无粘着剂的导电墨水所制成的无线天线方法被实现，其包括下列步骤：列印导电墨水至具孔隙的挠性基板上，渗入溶剂至该挠性基板的孔隙内，其中，该导电墨水占导电材料的总固体重量比为90～99.999％(wt％)，且该导电材料包括导电碳粉，据此，一涂布膜与该挠性基板一起形成，且该共膜区域形成于该碳粉及挠性基板之间；该导电墨水包括至少占总固体重量比为0.0001～10％(wt％)的分散剂；该导电墨水亦包括具有至少一载体的溶剂；热干燥该导电墨水，以便形成一无线天线；辗压该无线天线，以提高该无线天线的导线密度，其中，一压缩率为天线图案原始厚度的0.5至99％；可选择在天线表面加上一保护层。附图说明图1A是依据本专利技术一较佳实施例在纸张中纤维的扫描式电子显微镜图像；图1B是依据本专利技术较佳实施例显示在纸张上的天线剖视图，其中，导电墨水被涂布在该纸张上；图1C是依据本专利技术较佳实施例显示在片状碳材及纸张之间上的共膜区域；图2是依据本专利技术较佳实施例显示具螺旋图案的天线；图3A是依据本专利技术较佳实施例显示一主要天线被印刷至一基材上；图3B是依据本专利技术较佳实施例显示一绝缘层被放置于该主要天线上；图3C是依据本专利技术较佳实施例显示一被印制的天线导线；图4是依据本专利技术较佳实施例显示不同的天线图案与该无粘着剂的导电墨水被印制后的回波损耗状况；图5是依据本专利技术较佳实施例显示从光学显微镜所显示的天线精度图像，该天线喷印有无粘着剂的导电墨本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种由无粘着剂的导电墨水所制成的无线天线方法，其特征在于，包括下列步骤：列印导电墨水至具孔隙的挠性基板上，渗入溶剂至该挠性基板的孔隙内，其中，该导电墨水占导电材料的总固体重量比为90～99.999％(wt％)，且该导电材料包括导电碳粉，据此，一涂布膜与该挠性基板一起形成，且该共膜区域形成于该碳粉及挠性基板之间；该导电墨水包括至少占总固体重量比为0.0001～10％(wt％)的分散剂；该导电墨水亦包括具有至少一载体的溶剂；热干燥该导电墨水，以便形成一无线天线；辗压该无线天线，以提高该无线天线的导线密度，其中，一压缩率为天线图案原始厚度的0.5至99％；可选择在天线表面加上一保护层。
【技术特征摘要】
1.一种由无粘着剂的导电墨水所制成的无线天线方法，其特征在于，包括下列步骤：列印导电墨水至具孔隙的挠性基板上，渗入溶剂至该挠性基板的孔隙内，其中，该导电墨水占导电材料的总固体重量比为90～99.999％(wt％)，且该导电材料包括导电碳粉，据此，一涂布膜与该挠性基板一起形成，且该共膜区域形成于该碳粉及挠性基板之间；该导电墨水包括至少占总固体重量比为0.0001～10％(wt％)的分散剂；该导电墨水亦包括具有至少一载体的溶剂；热干燥该导电墨水，以便形成一无线天线；辗压该无线天线，以提高该无线天线的导线密度，其中，一压缩率为天线图案原始厚度的0.5至99％；可选择在天线表面加上一保护层。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该导电墨水的电阻系与电碳粉涂布厚度，尺寸及其形状，以及涂膜的密度相关，且该电阻为0.1至50ohm/sq(电阻率1×10-6～2.5×10-4ohm-m)。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该碳粉包含石墨烯、天然石墨、片状碳黑、球状石墨其中的任一种或一种以上的组合，该碳粉的厚度为1至10000奈米(nm)，粒径为0.1～100微米(um)。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该分散剂可为离子型分散剂或非离子型分散剂，该离子型分散剂包含P-123，Tween 20，Xanthan gum，Carboxymethyl Cellulose(CMC)，Triton X-100，Polyvinylpyrrolidone(PVP)，Brji 30其中的任一种或一种以上的组合，其中该非离子型分散剂包含...
【专利技术属性】
技术研发人员：赖中平，
申请(专利权)人：赖中平，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71
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