211service.com
Nanobuis RFID: betere streepjescodes?
Radiofrequentie-identificatie (RFID)-tags hebben het betalen van tolgelden en tarieven voor openbaar vervoer een fluitje van een cent gemaakt. Maar de tags, die van silicium zijn gemaakt, zijn nog steeds te duur om alomtegenwoordige streepjescodes te vervangen om op dezelfde manier de kassa-lijnen van supermarkten te versnellen door een product op afstand te scannen terwijl het nog in het winkelmandje zit.
Oprollen: Plastic RFID-tags bedrukt met een roll-to-roll-proces kunnen streepjescodes vervangen als ontwikkelaars de prijs tot een cent of minder kunnen verlagen.
Goedkope plastic RFID-tags kunnen daar binnenkort verandering in brengen. Onderzoekers in Sunchon, Zuid-Korea, hebben RFID-circuits op plastic films geprint met een combinatie van industriële methoden: rol-naar-rol printen, inkjet printen en siliconenrubber-stempelen. Ze gebruiken inkten die verschillende materialen bevatten - zilver, koolstofnanobuisjes en een hybride van nanodeeltjes en polymeer - om de componenten van het circuit, zoals condensatoren en transistors, laag voor laag af te zetten.
Gyoujin Cho, hoogleraar gedrukte elektronica-engineering bij Nationale Universiteit van Sunchon , die het werk leidde, schat dat de tags drie cent per stuk kosten. Om barcodes te vervangen, zullen RFID-tags een cent of minder moeten kosten. Maar Cho zegt dat dit haalbaar moet zijn als alle lagen op een tag kunnen worden gedeponeerd met een roll-to-roll-proces. Een versie van het huidige prototype die bruikbare hoeveelheden data kan bevatten, zou later dit jaar op de markt moeten komen, zegt hij.
De nieuwe RFID-tags zullen het eerste product zijn dat geprinte transistors gebruikt die zijn gemaakt van koolstofnanobuisjes. Onderzoekers ontwikkelen al tien jaar nanobuisinkt, maar het enige elektronische nanobuisproduct dat tot nu toe op de markt is, is een film voor display-elektroden. Rick Jansen bij de inktmaker van koolstof nanobuisjes SouthWest NanoTechnologies zegt dat nanobuisinkten van goede kwaliteit die uniform en stroperig genoeg zijn om te printen duur waren om te produceren.
Het maken van transistors met nanobuis-inkt is ook moeilijk omdat mengsels meestal voor tweederde halfgeleidend en een derde van metaal zijn, en de metalen component zorgt ervoor dat het mengsel in het algemeen geleidend is. Cho en onderzoekers van Paru Corporation in Sunchon hebben een eenvoudig proces gepatenteerd om nanobuisinkten halfgeleidend te maken. Ze coaten de metalen buizen in de oplossing met een polymeer. Je schudt ze met bepaalde polymeren en wikkelt ze in en je laat ze er gewoon in, zegt chemieprofessor van Rice University James Tour , die ook bij het nieuwe werk betrokken was.
De resulterende transistors zijn groot en presteren niet op één lijn met siliciumapparaten. Maar, zegt Tour, RFID-tags zijn daar een perfecte toepassing voor omdat je maar een handvol bits nodig hebt.
Het zou een grotere uitdaging zijn om transistorarrays te maken die de pixels in een flexibel scherm besturen met nanobuis-inkt. Met displays heb je betere transistoren nodig, zegt hij. We kunnen kleine transistors printen met koolstof nanobuis-inkten, maar een groot aantal ervan goed uitgelijnd printen is moeilijk. Desalniettemin, zegt Cho, werkt het Koreaanse team aan het maken van displaybesturingscircuits met hun nanobuistransistors.
Passieve RFID-tags, die worden gebruikt om objecten te volgen, bestaan uit twee hoofdonderdelen: een silicium geïntegreerd circuit en een antenne die meestal is gemaakt van massief koper of bedrukbare zilverinkt. De antennespoel vangt wisselstroom op van het radiofrequentiesignaal van de lezer en de wisselstroom wordt omgezet in gelijkstroom bij een gelijkrichtcircuit. Een ander circuit gebruikt dit vermogen om de signalen op te wekken die naar de lezer worden teruggestuurd en de informatie die op de tag is opgeslagen, door te geven.
Cho en zijn collega's beginnen met een roll-to-roll-proces om de antennespoelen, een onderste elektrodelaag van zilverinkt en een daaropvolgende isolerende laag, een bariumtitanaat nanodeeltjes-polymeer hybride inkt, af te zetten. Vervolgens legden ze lagen koolstof nanobuis-inkt neer met behulp van een inkjetprinter om de transistors van het circuit te maken. Ten slotte gebruiken ze een siliconenrubberen stempel om de condensatoren en diodes af te drukken die nodig zijn om het gelijkrichtcircuit van de RFID-tag te maken. Ze gebruiken een inkt van met kobalt gedoteerde zinkoxide-nanodraden om de halfgeleidende laag in de diode te maken, en aluminiumpasta voor de bovenste elektroden. De onderzoekers schetsen hun proces in de maartnummer van het tijdschrift IEEE-transacties op elektronische apparaten .
De voltooide tag is drie keer zo groot als een standaard streepjescode en slaat slechts één stukje informatie op, een 1 of een 0, zodat de lezer alleen ja of nee kan antwoorden. Cho zegt dat er volgend jaar een 64-bits tag op de markt moet komen. Het uiteindelijke doel is een 96-bits tag om barcodes te vervangen.
De echte impact zou zijn als ze kunnen concurreren in prijs, zegt Pulickel Ajayan , een professor werktuigbouwkunde en materiaalwetenschappen bij Rice die niet bij het werk betrokken was. Dat is een van de redenen waarom nanobuisjes in het spel kunnen komen. Het is een roll-to-roll-proces, waardoor het haalbaar is om op de markt te komen.
Het verbeteren van de resolutie en nauwkeurigheid van de roll-to-roll printer zou kleinere tags moeten opleveren die meer informatie bevatten, zegt Cho. Maar ze moeten ook het circuit verbeteren, zodat het hogere vermogenssignalen afgeeft. De reader werkt op dit moment maar tot 10 centimeter weg, nog niet genoeg om aan de kassa te werken.