一种基于MXene墨水印制的柔性RFID无源测温标签制造技术

本发明专利技术公开了一种基于MXene墨水印制的柔性RFID无源测温标签。在室温下，RFID天线通过挤出打印技术直接在不同的柔性基底上采用MXene墨水印制而成，RFID测温芯片直接与RFID天线(1)通过使用MXene墨水作为粘结剂相连接，无需额外的导电银浆等金属墨水材料或粘结剂粘接。本发明专利技术的MXene墨水具有与传统金属墨水相当的高导电性和机械性能等物理化学特性；基于MXene墨水印制的RFID天线相比于传统金属墨水印制的天线，其在印刷后无需高温后处理，对柔性基底的选择没有限制，没有重金属污染回收的问题；基于MXene墨水制备的RFID无源测温标签在完成封装后具媲美传统工艺制造的金属标签的寿命，这项技术有助于促进RFID无源测温标签向批量化和集约化生产的方向发展。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MXene墨水印制的柔性RFID无源测温标签
本专利技术涉及射频识别通信
的一种测温标签，尤其涉及一种基于MXene墨水印制的柔性RFID无源测温标签。
技术介绍
RFID(RadioFrequencyIdentification，无线射频识别技术)是一种非接触式的数据自动采集识别技术，它是基于电感耦合或电磁波方式传递信号，以完成对目标对象的自动识别和定位。RFID标签最大的特点是信息采集速度快，不需要机械或光学接触，完全通过无线通信技术完成，且信息采集准确率高。同时，如果将环境温度传感器技术与现有RFID无源技术相融合，即能制备出RFID无源温度标签，允许在没有电池的条件下远距离地对环境温度进行实时无源无线感知，并将数据传输到阅读器进行记录，这能够满足多种领域的测温需求，在冷链加工、食品保存、农作物生产等场景下均具有极大的应用潜力。传统的RFID电子标签常采用刻蚀法、电镀法、铜线绕制法、直接印刷法等技术手段制备。其中，直接印刷法被认为是降低标签制备成本的根本途径。目前，金属导电墨水以其较好的电导率和机械性能成为印刷RFID天线中最常用的导电墨水。但其缺点也十分突出，以银纳米导电墨水为例，虽然其导电性能优异，但其价格也往往偏高。相比之下，虽然铜和铝的导电墨水在价格上会有一定优势，但它们在空气中易被氧化形成不导电的氧化物。另外。这些金属导电墨水往往在印刷后需要极高的固化温度(通常大于150℃)，这会限制柔性基底材料的选择，且其生产时通常需要消耗极大的能源，并容易对环境造成不利的重金属污染。而基于新型二维材料的导电墨水被认为是金属导电墨水的一种极具潜力的替代品，其中，MXene材料因其具有的金属般的高电导率、大的比表面积和杰出的机械性能成为近几年来最具吸引力和前景的替代材料之一。MXene是一种新型的层状二维晶体材料，其化学式为Mn+1Xn(n＝1、2、3)，M为元素周期表中第3副族至第7副族中的所有过渡金属元素，包括镧系和锕系元素，(例如Ti、Nb、Ta、Cr、V、Zn、Y、Lu、Hf、Zr、Mo、Sc、W)，X为单独的碳、氮元素或碳氮两种元素。MXene的母相材料是一类的三元层状化合物(化学式为Mn+1AXn，A为主族元素，以Al和Si为最常见)。由母相材料MAX相制备而来的MXene材料具有独特的二维层状形貌、表面化学的可调性以及化学组成形式的多样性等特性，这也使MXene二维材料具有优异的金属导电性、机械性能以及功能可调性，可以通过表面官能团的改变及其化学组分的调节来获得满足不同性质需求的特性。从母相材料MAX相剥离制备的无添加高浓度MXene导电墨水在直接打印后无需高温处理即可展现出极高的电导率(～7000S/cm)和良好的机械性能。高浓度的MXene导电墨水可以在室温条件下，采用直接挤出打印的方式，在多种柔性基底上制备定制的RFID天线，以满足不同应用场景的需求。且直接挤出打印这种印刷方式效率高、生产时间短、生产产品稳定性高。在经封装之后，这些MXene墨水印刷的RFID无源测温标签具有媲美传统金属标签的使用寿命。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题和不足，本专利技术的目的在于克服现有RFID天线直接印刷技术中使用金属导电墨水时需要的高温处理以及降低材料成本等问题，利用新型二维纳米材料MXene高导电的无添加墨水，将其用于印刷制备新型RFID无源测温标签。本专利技术的技术方案是：本专利技术包括RFID天线、RFID测温芯片和柔性基底，在常温下，RFID天线通过挤出打印技术直接在不同的柔性基底上采用MXene墨水印制而成，RFID天线的尺寸根据应用场景调整设计；RFID测温芯片直接与RFID天线通过使用MXene墨水作为粘结剂相连接，无需额外的导电银浆等金属墨水材料或粘结剂粘接。所述的柔性基底是聚合物柔性基底或者常见柔性基底。所述的聚合物柔性基底是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙酸醇(PVA)、聚乳酸(PLA)中的一种或几种。所述的常见柔性基底是纸、织物和玻璃片中的一种或几种。所述的RFID测温芯片自带温度传感器。所述的MXene墨水是一种高浓度，高导电，无添加的墨水，由母相材料MAX相，例如Ti3AlC2、Ti2AlC、Hf3AlC2、Ta3AlC2、Ta2AlC、Zr3AlC5、V2AlC等刻蚀，得到的MXene材料例如Ti3C2、Ti2C、Hf3C2、Ta3C2、Ta2C、Zr3C5、V2C等，得到的MXene材料即二维过渡金属碳化物或碳氮化物，是一种类石墨烯的新型层状二维晶体材料，化学式为Mn+1Xn，其中n＝1、2、3。所述的母相材料MAX相是一类化学式为Mn+1AXn的三元层状化合物，其中n＝1、2、3，M为元素周期表中第3副族至第7副族中的所有过渡金属元素，包括镧系和锕系元素，A为主族元素，最常见的为Al，Si元素，X为碳、氮元素中的至少一种。本专利技术中所制备的MXene墨水以Ti3C2Tx(Tx＝O，OH，F)为例，通过使用氟化锂(LiF)和盐酸(HCl)对其母相Ti3AlC2进行温和刻蚀剥离制备而来。MXene墨水的制备过程具体如下：S1：将1gLiF粉末加入到20mL，浓度为9M的HCl溶液中，加入磁性转子进行搅拌，在常温和搅拌速率为500rpm下，将溶液搅拌至澄清，得到混合刻蚀剂；S2：采取少量多次加入的方式，取1g过筛后的Ti3AlC2粉体(>400目)缓慢加入到S1中的混合刻蚀剂中；加入完成后，封闭混合刻蚀剂，并放置于恒温磁力搅拌装置中，在35℃和200rpm的搅拌速率下刻蚀反应24小时，得到刻蚀后的溶液；S3：刻蚀完成之后，将刻蚀后的溶液转移到塑料离心管中，在3500rpm的转速下离心3分钟；离心后，去除上清液，留取沉淀物，沉淀物中既有Ti3C2Tx片又有没剥离开的母相材料，向沉淀物中加入去离子水，充分震荡，使得沉淀物重新悬浮，重复离心操作，直至上清液pH达到6；S4：S3完成之后，将上清液倒出，向沉淀物中加入去离子水，充分摇匀20分钟，使沉淀物中的Ti3C2Tx片脱层；然后再在3500rpm的转速下离心30分钟，然后收集离心后的上清液，即得到MXene纳米片溶液；S5：将S4中的MXene纳米片溶液再离心，并将含有小片径MXene纳米片或杂质的上清液倒出，最后向沉淀物中加入去离子水，即可获得浓度约为60mg/ml的MXene无添加水性高导电墨水。利用上述方法得到的浓度约为60mg/ml的MXene墨水在选定的柔性基底上通过挤出打印的方式进行RFID天线的印制，在常温下干燥后，即可得到所需的定制RFID天线；在完成RFID天线的印制后，使用浓度约为60mg/ml的MXene墨水作为粘结剂即可将RFID测温芯片与RFID天线相连，最终完成RFID无源测温标签的制备，整个过程无需额外的金属墨水材料或粘结剂。且上述方法的操作较为简便易控，而且成本较低，制备的MXene纳米片可在液相中稳定分散，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MXene墨水印制的柔性RFID无源测温标签，其特征在于：包括RFID天线(1)、RFID测温芯片(2)和柔性基底(3)，在常温下，RFID天线(1)通过挤出打印技术直接在不同的柔性基底(3)上采用MXene墨水印制而成，RFID测温芯片(2)直接与RFID天线(1)通过使用MXene墨水作为粘结剂相连接，无需额外的金属墨水材料或粘结剂粘接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于MXene墨水印制的柔性RFID无源测温标签，其特征在于：包括RFID天线(1)、RFID测温芯片(2)和柔性基底(3)，在常温下，RFID天线(1)通过挤出打印技术直接在不同的柔性基底(3)上采用MXene墨水印制而成，RFID测温芯片(2)直接与RFID天线(1)通过使用MXene墨水作为粘结剂相连接，无需额外的金属墨水材料或粘结剂粘接。


2.根据权利要求1所述的一种基于MXene墨水印制的柔性RFID无源测温标签，其特征在于：所述的柔性基底(3)是聚合物柔性基底或者常见柔性基底。


3.根据权利要求2所述的一种基于MXene墨水印制的柔性RFID无源测温标签，其特征在于：所述的聚合物柔性基底是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PTE)、聚乙酸醇(PVA)、聚乳酸(PLA)中的一种或几种。


4.根据权利要求2所述的一种基于MXene墨水...

【专利技术属性】
技术研发人员：平建峰，邵雨舟，应义斌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33