分類:投稿 作者:佚名 來源:網(wǎng)絡(luò)整理 發(fā)布時(shí)間:2023-01-04
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什么是印刷電子?印刷電子是將傳統(tǒng)印刷方法用于制造電子元器件與電路,是印刷與電子的跨界融合。目前電子元器件與電路的制造方法是依賴光刻與腐蝕工藝。本質(zhì)上是一種減材制造技術(shù)。印刷則是一種增材制造技術(shù),即將功能材料添加到基材表面。傳統(tǒng)印刷中,這些功能材料是黑色或彩色油墨。印刷電子技術(shù)則是將功能電子油墨印刷到各種基材上。這些功能電子油墨可以是導(dǎo)電的、發(fā)光的、發(fā)電的、半導(dǎo)體的、傳感的(溫度、壓力、濕度、氣體等)。增材制造不再依賴基材本身的性質(zhì),可以在硬質(zhì)材料如硅晶體、玻璃、陶瓷上印刷,也可以在柔性材料如塑料、紙張、布料上印刷,甚至可以在彈性材料上印刷,生成可以拉伸的電子元器件或電路。與傳統(tǒng)減材制造方式比較,印刷電子具有大面積、柔性化、低成本的優(yōu)點(diǎn),而增材制造本身也是綠色環(huán)保的。
印刷電子是一個(gè)新興技術(shù)領(lǐng)域,國(guó)際上印刷電子技術(shù)的興起也不過十余年時(shí)間。中國(guó)開始印刷電子技術(shù)的研發(fā)起始于2010年,以國(guó)內(nèi)在蘇州舉辦的首屆印刷電子研討會(huì)為標(biāo)志。中科院蘇州納米所于2010年率先在國(guó)內(nèi)成立了印刷電子技術(shù)研究中心。過去9年來,這個(gè)研究中心在印刷電子技術(shù)的多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了開拓,包括電子墨水合成,印刷電子工藝,噴墨打印裝備、印刷薄膜太陽能電池,印刷薄膜晶體管,印刷有機(jī)與量子點(diǎn)發(fā)光,印刷柔性可拉伸可穿戴電路等。除了技術(shù)研發(fā)外,也在產(chǎn)業(yè)化方面做了一些嘗試。中心開發(fā)的印刷納米銀觸摸屏透明導(dǎo)電膜已在國(guó)內(nèi)觸摸屏龍頭企業(yè)南昌歐菲光實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。
印刷電子與傳統(tǒng)印刷有著天然聯(lián)系。北京印刷學(xué)院作為國(guó)內(nèi)印刷界的高等院校在2011年就成立印刷電子研究中心。筆者曾應(yīng)邀擔(dān)任北京印刷學(xué)院的特聘教授。2015年,中國(guó)印工協(xié)組織編寫了《中國(guó)印刷產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖》,筆者應(yīng)邀擔(dān)任編委,參與編寫了印刷電子技術(shù)有關(guān)章節(jié)。中科院蘇州納米所印刷電子中心成立早期,也接待了一些印刷企業(yè)的來訪,他們表示了對(duì)印刷電子技術(shù)的極大興趣。但縱觀9年來的發(fā)展納米印刷包裝盒,印刷電子并沒有在中國(guó)印刷行業(yè)真正落地。根據(jù)筆者的觀察分析,在印刷與電子的跨界融合方面,傳統(tǒng)電子行業(yè)要比傳統(tǒng)印刷行業(yè)更容易進(jìn)入,因?yàn)橛∷㈦娮拥暮诵氖请娮?。傳統(tǒng)電子行業(yè)使用印刷技術(shù)相比傳統(tǒng)印刷行業(yè)掌握電子技術(shù)要來的更容易。那么傳統(tǒng)印刷行業(yè)在印刷電子領(lǐng)域中是不是就沒有機(jī)會(huì)了?機(jī)會(huì)是有的,而且機(jī)會(huì)正在到來。
隨著物聯(lián)網(wǎng)與5G時(shí)代的到來,萬物互聯(lián)入網(wǎng)是一個(gè)不可阻擋的趨勢(shì)。萬物互聯(lián)缺不了每件物品上的傳感與識(shí)別標(biāo)志。而標(biāo)簽就成為萬物信息的載體。在傳統(tǒng)印刷領(lǐng)域,標(biāo)簽印刷是一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)。傳統(tǒng)標(biāo)簽所承載的信息量已無法滿足物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的需求,而且普通條形碼與二維碼都需要人工讀取。以快遞行業(yè)為例,中國(guó)在2018年的快遞包裹量已達(dá)到505億件,并在不遠(yuǎn)的將來進(jìn)入日快遞10億件時(shí)代。目前每件快遞都需要快遞小哥手工掃碼記錄物流信息,這已經(jīng)成為物流行業(yè)提高效率的痛點(diǎn)。射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽將成為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的傳統(tǒng)標(biāo)簽。事實(shí)上,RFID標(biāo)簽已經(jīng)開始進(jìn)入商品流通環(huán)節(jié)。許多大型連鎖商家都開始引入RFID標(biāo)簽技術(shù)。比如運(yùn)動(dòng)服裝品牌迪卡儂T恤衫上的標(biāo)簽,上面除了普通條形碼外,夾在兩層紙之間還有一個(gè)RFID。將這個(gè)RFID撕下來會(huì)發(fā)現(xiàn),目前的RFID仍然是做在一層塑料膜上。這是因?yàn)镽FID的天線還是用腐蝕鋁箔的方式制作的,也就是前面提到的傳統(tǒng)減材制造方法。
盡管使用了納米銀,但印刷納米銀天線的標(biāo)簽還要比鋁刻蝕天線的標(biāo)簽低20%-30%左右。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)鋁標(biāo)簽必須做在PET塑料上納米印刷包裝盒,PET塑料的成本要遠(yuǎn)高于紙基材料。另外,傳統(tǒng)鋁標(biāo)簽必須復(fù)合在兩層紙之間才能形成外觀看起來如同紙標(biāo)簽,而印刷電子制造的RFID標(biāo)簽就是紙標(biāo)簽,無論在工藝復(fù)雜性還是在設(shè)備投資方面都要低于腐蝕鋁標(biāo)簽。針對(duì)納米銀材料的成本問題,我們也在開發(fā)基于納米銅的導(dǎo)電墨水,而且取得了突破性進(jìn)展。用印刷納米銅天線制備的RFID標(biāo)簽也已經(jīng)達(dá)到了10米左右的讀距。未來用銅取代銀可以進(jìn)一步降低印刷RFID標(biāo)簽的成本。
RFID標(biāo)簽?zāi)軌虺休d的信息量至少是目前二維碼的4倍,而且RFID標(biāo)簽不但可以讀出信息,還可以寫入信息,靈活性與智能化程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前的二維碼。國(guó)際市場(chǎng)調(diào)查公司IDTechex曾預(yù)測(cè),到2019年全球RFID標(biāo)簽的市場(chǎng)將達(dá)到7000億個(gè)。其中增長(zhǎng)最快、增幅最大的是日常消費(fèi)品領(lǐng)域,也就是超市與零售業(yè)對(duì)RFID標(biāo)簽的需求量最大,而且越來越大。2017年,日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省決定使用RFID技術(shù)提升零售行業(yè)的自動(dòng)化。經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省與日本五家規(guī)模最大的便利店簽訂了協(xié)議,在日本7-11、全家、羅森、迷你島和NewDays全面推廣RFID技術(shù)。到2025年,這些便利店的所有商品都將使用電子標(biāo)簽,需求量將達(dá)到每年1000億個(gè)。最近央視財(cái)經(jīng)頻道報(bào)道,日本零售鏈羅森超市已經(jīng)開始采用RFID標(biāo)簽監(jiān)控店內(nèi)食品保質(zhì)期,免除了人工挨個(gè)檢查。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省希望將RFID技術(shù)的自動(dòng)化系統(tǒng)最終擴(kuò)展至藥店和所有超市。
在紙上直接印刷RFID電子標(biāo)簽意味著電子標(biāo)簽可以直接印在傳統(tǒng)商標(biāo)上。上圖是我們團(tuán)隊(duì)在酒標(biāo)與藥品包裝盒上直接印刷的RFID標(biāo)簽,這為傳統(tǒng)印刷行業(yè)帶來了新的機(jī)遇。傳統(tǒng)印刷行業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是有成熟的卷對(duì)卷印刷工藝與設(shè)備,在目前印刷文字與圖像基礎(chǔ)上,在增加印刷導(dǎo)電油墨的工藝步驟就可以把RFID天線直接印到現(xiàn)有的標(biāo)簽上,如果再增加貼裝芯片的工藝設(shè)備,就可以直接生產(chǎn)帶RFID的智能標(biāo)簽。事實(shí)上,國(guó)內(nèi)已經(jīng)有傳統(tǒng)標(biāo)簽印刷企業(yè)開始布局印刷RFID智能標(biāo)簽。
隨著國(guó)家對(duì)生態(tài)保護(hù)的力度不斷加大,像腐蝕鋁制作RFID天線這種有污染排放的行業(yè)的生存空間將被不斷壓縮。如果把治理污染排放的投資考慮進(jìn)來,勢(shì)必增加目前傳統(tǒng)RFID天線的制造成本。隨著公民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),一些國(guó)外零售業(yè)巨頭開始大量采購(gòu)?fù)ㄟ^綠色環(huán)保技術(shù)制作的RFID智能標(biāo)簽,并將綠色環(huán)保RFID標(biāo)簽作為商家一個(gè)賣點(diǎn)。這為傳統(tǒng)印刷行業(yè)發(fā)展綠色印刷制造的RFID標(biāo)簽帶來機(jī)遇,這也是傳統(tǒng)印刷行業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的新機(jī)遇,希望這個(gè)行業(yè)能夠抓住這一機(jī)遇,跨進(jìn)印刷電子制造的新天地。(作者單位為中科院蘇州納米所印刷電子中心)
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