納米管RFID更好的條形碼

塑料RFID標(biāo)簽將是第一款使用了打印的納米管晶體管的產(chǎn)品。

無線射頻識別(RFID)標(biāo)簽使得繳納通行費(fèi)和公共交通費(fèi)變得輕而易舉。但是由硅制成的標(biāo)簽還是太貴，無法替代無處不在的條形碼通過遠(yuǎn)程掃描仍在籃子里的貨物那樣加快商場結(jié)賬的速度。

卷軸：如果開發(fā)者能將價(jià)格降到1美分甚至更低，用滾筒式打印的塑料RFID標(biāo)簽或許可以替代條形碼。

廉價(jià)的塑料RFID標(biāo)簽可能很快會(huì)改變這種情況。韓國順天的研究人員已經(jīng)利用一系列工業(yè)方法在塑料薄膜上打印了RFID標(biāo)簽：滾筒式打印、噴墨打印和硅橡膠沖壓。他們使用了含有不同材料的墨——銀、碳納米管及納米粒聚合物——用來一層層堆積標(biāo)簽中的成分，如電容和晶體管。

負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的順天國立大學(xué)打印電子工程學(xué)教授Gyoujin Cho估計(jì)每個(gè)標(biāo)簽花費(fèi)3美分。為了取代條形碼，RFID標(biāo)簽應(yīng)當(dāng)花費(fèi)1美分甚至更少。不過Cho表示，如果標(biāo)簽上的所有層都用滾筒式打印堆積，那么這應(yīng)該是可以實(shí)現(xiàn)的。目前的一版能夠儲存有用數(shù)據(jù)的原型將在今年晚些時(shí)候上市，他說。

新的RFID標(biāo)簽將成為首個(gè)使用碳納米管制成的打印晶體管的產(chǎn)品。十年來，研究人員一直在研發(fā)納米管油墨，但是到目前為止市場上唯一的納米管電子產(chǎn)品是陳列電極的薄膜。碳納米管油墨制造商西南納米科技(SouthWest NanoTechnologies)的里克•強(qiáng)森(Rick Jansen)表示，高質(zhì)量的、有足夠的均衡性和黏性能用于打印的納米管油墨的生產(chǎn)成本很高。

用納米管油墨制造晶體管很困難的原因還在于，混合物的三分之二是半導(dǎo)體，三分之一是金屬，金屬成分使得整個(gè)混合物變成了導(dǎo)體。Cho和順天Paru Corporation的研究人員開發(fā)了一個(gè)使得納米管油墨具有半導(dǎo)體特性的簡單過程，并獲得了專利。他們在溶液中為金屬管涂上一層聚合物。“你把它們與特定的聚合物放在一起搖晃，包裹上一層聚合物，然后就不用管它們了。” 萊斯大學(xué)化學(xué)教授詹姆斯•圖爾(James Tour)說。他也參與了新的研發(fā)工作。

由此產(chǎn)生的晶體管很大，而且表現(xiàn)不如硅設(shè)備好。但是，圖爾說，“RFID標(biāo)簽是一種完美的應(yīng)用，因?yàn)槌杀竞艿汀?rdquo;

制作能在使用納米管油墨的柔性顯示器中控制像素的晶體管陣列更富有挑戰(zhàn)性。“你需要更好的晶體管來配合顯示器，”他說。“我們可以用碳納米管油墨打印小的晶體管，但大量打印并排成一個(gè)很好的陣列比較困難。”不過，Cho表示韓國的團(tuán)隊(duì)正在研究制作能用納米管晶體管控制回路的顯示器。

用來追蹤物體的被動(dòng)RFID標(biāo)簽主要由兩部分組成：一個(gè)硅集成電路以及一個(gè)通常由固體銅或可印銀墨制成的天線。天線線圈從閱讀器的射頻信號處捕獲交流電源，經(jīng)過整流電路，交流電變成直流電。另一個(gè)電路使用該電源產(chǎn)生傳回閱讀器的信號，傳遞儲存在標(biāo)簽上的信息。

Cho和他的同事們開始用滾筒式程序放置天線線圈、底部的銀墨電極層以及之后的絕緣層，鈦酸鋇納米聚合物油墨。然后，他們用噴墨打印機(jī)放置碳納米管油墨層，來制作電路晶體管。最后，用硅橡膠沖印制作RFID標(biāo)簽的整流電路所需的電容器和二極管。他們利用含鈷的氧化鋅納米線油墨制作二極管的半導(dǎo)體層，用鋁粉漿制作上電極。研究人員將他們的工藝發(fā)表在3月份的《IEEE 電子器件匯刊》(IEEE Transactions on Electron Devices)上。

完成的標(biāo)簽大小是標(biāo)準(zhǔn)條形碼的3倍，而它只能儲存1比特的信息，1或者0，因此它只能向閱讀器發(fā)出是或否的回應(yīng)。Cho表示，明年64比特的標(biāo)簽就能推出市場。最終的目標(biāo)是用96比特的標(biāo)簽代替條形碼。

“真正的影響在于它們在價(jià)格上是否有競爭力，”萊斯大學(xué)機(jī)械工程和材料科學(xué)教授普利凱爾•阿加(Pulickel Ajayan)說，他并沒有參與研究，“那是納米管能發(fā)揮作用的原因之一。這是一個(gè)滾筒式程序，使得它可以進(jìn)入市場。”

提高滾筒式打印機(jī)的分辨率和精度，就能讓更小的標(biāo)簽攜帶更多的信息，Cho說。但是他們還需要改善電路，以發(fā)出更強(qiáng)的功率信號。目前，閱讀器只能在10厘米外工作——還不足以用于收銀臺。