Nanorør RFID: Bedre stregkoder?

Radio-frequency identification (RFID) tags har gjort betaling af vejafgifter og offentlige transportpriser til en leg. Men etiketterne, som er lavet af silicium, er stadig for dyre til at erstatte allestedsnærværende stregkoder for på samme måde at fremskynde købmandsbutikkernes kassen ved at fjernscanne et produkt, mens det stadig er i kurven.

Rul op: Plast RFID-tags trykt med en rulle-til-rulle-proces kan erstatte stregkoder, hvis udviklere kan få prisen ned til en krone eller mindre.

Billige RFID-tags i plast kan snart ændre det. Forskere i Sunchon, Sydkorea, har printet RFID-kredsløb på plastikfilm ved hjælp af en kombination af industrielle metoder: rulle-til-rulle-print, inkjet-print og silikonegummistempling. De bruger blæk, der indeholder forskellige materialer - sølv, carbon nanorør og en nanopartikel-polymer hybrid - til at afsætte kredsløbets komponenter, såsom kondensatorer og transistorer, lag for lag.

Gyoujin Cho, professor i trykt elektronikteknik ved Sunchon National University , der ledede arbejdet, vurderer, at mærkerne koster tre øre stykket. For at erstatte stregkoder skal RFID-tags koste en krone eller mindre. Men Cho siger, at dette burde være opnåeligt, hvis alle lagene på et mærke kan deponeres med en rulle-til-rulle-proces. En version af den nuværende prototype, der er i stand til at rumme nyttige mængder data, skulle være på markedet senere i år, siger han.

De nye RFID-tags vil være det første produkt, der bruger trykte transistorer lavet af kulstof nanorør. Forskere har udviklet nanorør blæk i et årti, men det eneste nanorør elektronisk produkt på markedet indtil videre er en film til display elektroder. Rick Jansen hos carbon nanorør blækproducent SouthWest NanoTechnologies siger, at god kvalitet nanorør blæk, der er ensartet og tyktflydende nok til at printe, har været dyrt at producere.

At lave transistorer ved hjælp af nanorørsblæk er også svært, fordi blandinger typisk er to tredjedele halvledende og en tredjedel metalliske, og den metalliske komponent får blandingen til at lede generelt. Cho og forskere ved Paru Corporation i Sunchon har patenteret en simpel proces til at gøre nanorørsblæk halvledende. De coater metalrørene i opløsningen med en polymer. Du ryster dem med visse polymerer og pakker dem ind, og du lader dem bare blive i, siger Rice University kemiprofessor James Tour , som også var med i det nye arbejde.

De resulterende transistorer er store og fungerer ikke på niveau med siliciumenheder. Men, siger Tour, RFID-tags er en perfekt applikation til dem, fordi du kun har brug for en håndfuld bits.

At lave transistor-arrays, der styrer pixels i en fleksibel skærm med nanorørblæk, ville være mere udfordrende. Med skærme har du brug for bedre transistorer, siger han. Vi kan printe små transistorer med kulstof nanorør blæk, men at printe et stort antal af dem med god justering er svært. Ikke desto mindre, siger Cho, arbejder det koreanske team på at lave displaykontrolkredsløb med deres nanorørtransistorer.

Passive RFID-tags, som bruges til at spore objekter, er lavet af to hoveddele: et integreret siliciumkredsløb og en antenne, der typisk er lavet af massivt kobber eller printbart sølvblæk. Antennespolen fanger vekselstrøm fra læserens radiofrekvenssignal, og vekselstrøm konverteres til jævnstrøm ved et ensretterkredsløb. Et andet kredsløb bruger denne effekt til at generere de signaler, der sendes tilbage til læseren, og formidler den information, der er gemt på mærket.

Cho og hans kolleger starter med at bruge en rulle-til-rulle-proces til at afsætte antennespolerne, et bundelektrodelag af sølvblæk og et efterfølgende isolerende lag, en bariumtitanat nanopartikel-polymer hybridblæk. Dernæst lagde de lag af kulstof nanorør blæk ved hjælp af en inkjet-printer til at lave kredsløbets transistorer. Til sidst bruger de et silikonegummistempel til at udskrive de kondensatorer og dioder, der er nødvendige for at lave RFID-mærkets ensretterkredsløb. De bruger en blæk af kobolt-doteret zinkoxid nanotråde til at lave det halvledende lag i dioden og aluminiumspasta til de øverste elektroder. Forskerne skitserer deres proces i marts nummer af journalen IEEE-transaktioner på elektronenheder .

Det færdige tag er tre gange så stort som en standardstregkode, og det gemmer kun én bit information, et 1 eller et 0, så det kun kan give et ja eller nej svar til læseren. Cho siger, at et 64-bit tag skulle være tilgængeligt på markedet næste år. Det endelige mål er et 96-bit tag til at erstatte stregkoder.

Den reelle effekt ville være, hvis de kan konkurrere i pris, siger Pulickel Ajayan , en professor i maskinteknik og materialevidenskab hos Rice, der ikke var involveret i arbejdet. Det er en af ​​grundene til, at nanorør kan komme i spil. Det er en roll-to-roll-proces, som gør det muligt at komme ind på markedet.

Forbedring af opløsningen og nøjagtigheden af ​​rulle-til-rulle-printeren burde give mindre tags, der bærer mere information, siger Cho. Men de skal også forbedre kredsløbet, så det udsender signaler med højere effekt. Læseren arbejder kun op til 10 centimeter væk lige nu – endnu ikke nok til at arbejde ved en kasselinje.

skjule