[发明专利]一种基于高粘度MXene墨水的丝网印刷柔性RFID标签天线及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于高粘度MXene墨水的丝网印刷柔性RFID标签天线及其制备方法，本发明通过筛选得到大片径的MAX相，因此制作得到的Mxene墨水中Mxene片径尺寸高达10～12μm，在相同浓度下，这种大尺寸片径的MXene墨水的粘度具有很大的提高。使用这种高粘度MXene墨水，通过丝网印刷的方法，可直接在基底材料上印刷RFID天线。本发明的MXene墨水在剪切速率为0.01s^‑1时，粘度达9677Pa·s。使用该墨水丝网印刷制作的天线在PI基底上印刷的天线读距最高可达8m，且具有柔性特征，自然风干即可作为天线直接使用，无需高温热处理。

技术领域

本发明涉及柔性RFID标签天线制备方法领域，具体涉及的是一种基于高粘度MXene墨水的丝网印刷柔性RFID标签天线及其制备方法。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)作为物联网中最重要的环节之一，可通过无线射频信号对特定目标进行识别同时可以读写其内在的数据信息，是一种非接触式双向通信的识别技术。在物联网中RFID标签等于物品的“身份证”，随着智能通信终端的广泛使用，RFID技术最终可实现对目标的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。RFID技术日益成熟，但在大规模应用中仍然存在一些问题，特别是采用传统金属材料作为标签天线的辐射体，使用蚀刻法工艺所制作的天线，其制作成本高，制作过程中会产生大量工业废水污染环境，金属材质的天线柔韧性差、易被氧化腐蚀、不耐高温，造成天线性能下降标签失效，并且金属不能降解还会引起二次环境污染。当前，RFID天线除了要降低金属蚀刻天线的制作成本和减少对环境造成的污染，还要满足柔性、防腐蚀、耐高温等特殊应用需求，因此，RFID行业亟需新型的导电、柔性、环保材料来实现天线制造技术和应用范围的突破。

而基于新型二维材料(石墨烯、MXene)的导电墨水印刷RFID标签天线被认为是金属RFID天线的一种有力的替代品，其中，MXene材料因其电导率高、比表面积大和机械性能优异成为成为近几年来最具吸引力和前景的替代材料之一。MXene墨水的MXene纳米片由前驱体MAX相刻蚀而来，所述的前驱体材料MAX相是MAX相是一个通用的术语，它包含了100种不同的金属碳化物或氮化物，遵循M_n+1AX_n的公式，它是由二维层状结构的堆积形成的三维晶体结构。其中，“M”表示过渡金属，“A”为主族元素(主要为13族和14族)，“X”可为C或N，n＝1～4。此处我们使用的MAX相是Ti₃AlC₂。从MAX相中去除“A”层后产生的二维层状材料Ti3C2TX，后来称为MXenes，具有丰富的表面官能团，如-F，-OH，-O或-Cl(记为Tx)。对于Ti₃C₂T_X来说，其是由Ti₃AlC₂材料通过刻蚀掉层间的Al原子层得到的，这使得所得到的Ti3C2TX表面为暴露的金属层。表面不稳定的金属层赋予Ti₃C₂T_XMXene材料接近于费米能级的电子密度，这也是致使其电导率极高的原因。MXene纳米片表面丰富的官能团会降低其弹性常数，但是会增加其临界变形。这个值远远高于同为二维材料的石墨烯，这使其适用于作为柔性电子材料的基体材料。

MXene的高导电导率和优异的机械性能，加之其制备方法成本低，无重金属污染，可大批量生产，使其代替传统金属材料应用于RFID标签中的柔性天线成为可能。现已报道的MXene墨水用于RFID标签天线大多数使用超声分层，导致MXene纳米片片径较小，进而无法无法实现较大的粘度，故采用喷涂法，该方法制作的天线电导率高，但生产效率低，难以实现大规模生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对以上问题和要求，提供一种基于高粘度MXene墨水的丝网印刷柔性RFID标签天线及其制备方法。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：