一种电子标签天线结构以及电子标签的制作方法

1.本实用新型涉及但不限于射频识别技术领域，特别涉及但不限于一种电子标签天线结构以及电子标签。


背景技术：

2.无线射频识别技术是一种非接触式数据自动采集技术，也是物联网的核心技术之一。其最大特点是信息采集速度快，不需要机械或光学接触，完全通过无线通信技术完成，在1秒钟内能够同时采集数百上千个物体信息，信息采集准确率高。目前该技术已在物流仓储、交通运输、安全防伪、移动支付等领域得到使用，但限制其普及应用的主要瓶颈是标签的价格、尺寸和环境适应性。
3.目前常用的电子标签的天线材质是铜、铝、银浆或导电油墨，常用的制备方法包括蚀刻法、喷墨打印法、化学镀法、电镀法、烫印法、丝网和凹版印刷法等。其中，主流的蚀刻法需要强酸溶液腐蚀未保护的金属层以及强碱溶液去除保护层，存在污染大、浪费严重、载体受限大和成本较高等问题；对于导电银浆丝网印刷工艺而言，其材料成本过高，导电银浆的价格从每公斤360元到上万元不等。
4.近年来，研究发现石墨烯材料具有微观拓扑结构，使之具备高导电性能，将石墨烯复合导电浆料或导电油墨，通过印刷天线方法制作的电子标签是替代传统蚀刻法的优选方案。但现有石墨烯复合导电浆料或导电油墨的导电性能会被导电材料种类、粒子大小、形状、填充量、分散状态、黏合剂种类以及固化时间等诸多因素影响，导致其导电性较差，无法满足电子标签天线的导电性要求。另外也有研究者预先制备设定天线图案的掩膜层，通过离子刻蚀石墨烯薄膜的方式，将掩膜层图案转移至目标基材上，再经过后续处理得到石墨烯天线。这种基于模板的制备方法不仅操作繁琐，成本高昂，而且生产周期长，图形转移过程易产生污染与缺陷。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的在于提供一种电子标签的天线导电层、天线结构以及电子标签，以解决现有技术中的天线工艺制程复杂、制造效率低、成本高、污染环境、应用领域受限等问题。
6.为了实现上述目的，根据本实用新型的第一个方面，提供了一种电子标签的天线导电层，所述天线导电层用于设置在电子标签的天线结构中，所述天线导电层至少包括独立设置的一层石墨纸或石墨纸复合材料。
7.进一步地，所述石墨纸为柔性石墨纸、超薄石墨纸、导热石墨纸、石墨纸卷材或石墨纸板材中的一种或几种；所述石墨纸复合材料为石墨纸与碳材料、金属材料或陶瓷材料的复合物。
8.进一步地，所述石墨纸或石墨纸复合材料厚度为5μm-500μm。
9.进一步地，所述石墨纸或石墨纸复合材料厚度为5μm-30μm。
10.第二方面，提供一种电子标签天线结构，所述天线结构包括保护层和如前所述的天线导电层，所述保护层与天线导电层的石墨纸或石墨纸复合材料覆合连接。
11.进一步地，所述天线导电层的形状由石墨纸或石墨纸复合材料与所述保护层通过覆合后进行模切或半模切制得。
12.进一步地，所述天线结构还包括基材，所述天线导电层设置在所述基材上，所述天线导电层与所述基材通过背胶层粘合，所述天线导电层的形状由石墨纸或石墨纸复合材料与所述保护层通过覆合后贴设在所述基材上进行半模切制得。
13.进一步地，所述天线结构还包括第三层载体，设置在保护层上，所述第三层载体为绝缘高分子膜材料。
14.进一步地，所述保护层为高分子膜材料、纸或织物中的一种。
15.第三方面，提供一种电子标签，包括如前所述的天线结构。
16.综上，本实用新型的有益技术效果如下：
17.(1)本技术改变了原有传统的电子标签天线的构成，选用石墨纸材料来制作标签天线的天线导电层，克服了导电油墨和薄膜类材料制作天线带来的导电性不足问题，且通过本技术的结构设计使得制作工艺更简单，另外本实用新型制作的标签天线方块电阻远小于碳浆天线。
18.(2)并且由于本技术的组成结构简单，且在获得石墨纸材料的基础上制备天线标签只需要覆合、切割和黏贴等过程，制备构成简单环保。
19.(3)对覆合在保护层上和/或者粘设在基材上的石墨纸或石墨纸复合材料根据预设形状进行模切或半模切，通过先覆合或者粘合后模切的方式，模切模具通过预设的切割厚度和形状，把本技术中的天线导电层的形状切出来，可以方便且稳定地获取需要的导电层的形状且不会破坏易碎的石墨纸材料。
附图说明
20.图1(a)、(b)为本实用新型石墨纸材料的扫描电镜图；
21.图2(a)为本实用新型实施例半模切后得到的石墨复合膜的结构示意图；
22.图2(b)为本实用新型实施例对石墨纸或者石墨纸复合材料切割成型后得到的天线导电层的结构示意图；
23.图3为本实用新型实施例的中不含第三层载体的电子标签天线结构示意图；
24.图4为本实用新型实施例的中包含第三层载体的电子标签天线结构示意图。
具体实施方式
25.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合附图对本技术的实施例进行详细说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例中的特征可以相互任意组合。
26.根据本实用新型实施例的一种电子标签的天线导电层，其特征在于，所述天线导电层用于设置在电子标签的天线结构中，所述天线导电层至少包括独立设置的一层石墨纸或石墨纸复合材料。
27.现有技术中，石墨纸常作为应用于笔记本电脑、平板显示器、数码摄像机、移动电
话及针对个人的助理设备的散热材料，而本领域技术人员并未考虑过将其作为电子标签上的天线结构的导电层，主要局限在于现有技术中已经惯用蚀刻法、喷墨打印法、化学镀法、电镀法、烫印法、丝网和凹版印刷法等方法来制备电子标签的导线，而本技术中，采用了独立完整的一层石墨纸作为天线导电层的一部分，可以配合电子标签中的其它层的贴合或者覆合来最终形成电子标签，相比于现有技术的制作过程成本更低，且更加环保和更易加工。
28.目前，市面上的铝蚀刻天线标签价格从0.1元到几元不等，导电油墨的价格从180元/kg到几千元不等，导电银浆的价格从360元/kg 到上万元不等，本实用新型的石墨纸天线价格可降至0.1元以内，这大大降低了电子标签的价格。并且最终制备得到的电子标签相比碳浆天线，本实用新型制得的标签天线阻值更低，制作的rfid标签天线电性能好，可满足低频、高频、超高频和微波频段的工作要求。
29.具体地，本实施例中，石墨纸的类型可以选择为以下几种：石墨纸为柔性石墨纸、超薄石墨纸、导热石墨纸、石墨纸卷材或石墨纸板材中的一种或几种；其中，石墨纸复合材料是由石墨纸与碳材料、金属材料或陶瓷材料共同处理制得的复合物；所述碳材料为石墨片、石墨板或碳粉；所述金属材料为金属板或金属粉；所述陶瓷材料为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷或硼化物陶瓷。
30.进一步优选地，本实施例中，石墨纸或石墨纸复合材料厚度为5 μm-500μm，更进一步优选地为5μm-30μm。常见的石墨纸一般厚度大概在1mm左右，并且主要作为电子设备的散热层；本技术中考虑选择特殊尺寸厚度的石墨纸作为电子标签的导电层的组成部分，经过测试，其具有突出的导电性能，并且相比于现有的制作过程更易加工，可以制作成不同大小、形状的天线，与传统的宽度一致的线形天线相比，既能有效缩短天线长度，可减少材料用量，进一步降低成本，还能增加天线宽度，减少工艺制作误差，提高成品率。优选地，石墨纸或石墨纸复合材料厚度为5μm-30μm，相比于市面常见的石墨纸材料，本技术中采用特殊的工艺，生产处更适合电子标签的石墨纸材料厚度，具体参见后文描述。
31.进一步地，本实施例中，还提供一种电子标签天线结构，包括保护层和上述的天线导电层，保护层与天线导电层的石墨纸或石墨纸复合材料覆合连接。保护层不仅实现了对导电层的保护，而且考虑到了本实施例中尺寸较薄并且易碎的石墨纸材料，保护层可以防止石墨纸或石墨纸复合材料的碎裂，并且可以更稳定地对石墨纸材料进行加工。其中，保护层选择自高分子膜材料、纸、织物中的一种。
32.具体地，本实施例中，天线导电层的形状由石墨纸或石墨纸复合材料与保护层通过覆合后进行模切或半模切制得。石墨纸由于其材质的易碎特性并且在本实施例中的电子标签中较薄，因此可以通过先覆合后模切的方式，并且当模切具体为半模切时，即模切模具通过预设的切割厚度和形状，把本技术中的天线导电层的模切形状切出来，但不切除保护层。具体可以参见图2，其中附图标记1为模切后形成的天线导电层1，附图标记2为保护层2。在其他实施例中，也可以将天线导电层和石墨纸或石墨纸复合材料一同模切成型，在此过程中保护层也同样可以保护具有易碎特性的石墨纸材料在模切成型中不会发生破坏。
33.进一步地，本技术中还包括基材，天线导电层设置在基材上，天线导电层通过背胶层3与基材粘合。如图3所示，包括天线导电层1、保护层2、背胶层3和基材4。天线导电层也可以贴设在基材后进行半模切成型，具体为天线导电层的形状由石墨纸或石墨纸复合材料与保护层通过覆合后贴设在基材上进行半模切制得，使得半模切后的保护层和天线导电层的
形状一致，而保留基材不被切除。这样的切割方式更加稳定，且可以一次性切割成型。同样可选地，在其他实施例中，也可以包括第三层载体，当具有第三层载体时，也可以将第三层载体设置在保护层上以后再进行一同半模切，实现一次性成型。
34.本实施例中，可选地，保护层和基材各自独立选自高分子膜材料、纸、织物中的一种。
35.其中，高分子膜材料选自但不限于聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚氨酯、聚酰胺或聚四氟乙烯。
36.纸材料选自但不限于天然纤维纸、合成纤维纸、复合纸、格拉辛纸、硅油纸、涂布纸或淋膜纸。
37.织物选自但不限于编织物、针织物、机织物或无纺织物。
38.进一步优选丝绸布、绒布、牛津布、毛毡布、皮革。
39.另外，在另一种可选的实施例中，还可以保护含有第三层载体的方案，保护层2设置在天线导电层1上；天线导电层1通过背胶层3 设置在基材4上；第三层载体5设置在保护层2上，从而使天线的导电线路在保证工作性能的基础上，进一步提高天线的柔韧性。第三层载体根据实际保护需求来选择是否使用。
40.基于上述天线结构的构成，本技术改变了原有传统的电子标签天线的构成，选用本领域技术人员不容易想到的石墨纸材料来制作标签天线，克服了导电油墨和薄膜类材料制作天线带来的导电性不足问题，且制作工艺更简单，另外本实用新型制作的标签天线方块电阻远小于碳浆天线。
41.本实用新型的rfid标签天线选用石墨纸材料，与石墨、石墨烯同属碳材料，与铜、铝、银等金属天线相比，均可节约成本、环保，且能提高耐腐蚀性能；现有技术中一般将石墨、石墨烯导电油墨通过印刷天线方法rfid标签，该方法会因导电材料种类、粒子大小、形状、填充量、分散状态、黏合剂种类以及固化时间等诸多因素影响，在印刷过程中，会遇到烘干不完全、印刷厚度薄而引起的油墨电阻增大等现象，导致其导电性通常比石墨纸材料差100倍以上，无法满足 rfid标签天线的导电性要求。另外也有预先制备设定天线图案的掩膜层，通过离子刻蚀石墨膜或石墨烯薄膜的方式，将掩膜层图案转移至目标基材上，再经过后续处理得到石墨烯天线。这种基于模板的制备方法不仅操作繁琐，成本高昂，而且生产周期长，图形转移过程易产生污染与缺陷。
42.本实用新型选用石墨纸材料制作的标签天线，克服了导电油墨和薄膜类材料制作天线带来的导电性不足问题，且制作工艺更简单，另外本实用新型制作的标签天线方块电阻远小于碳浆天线。
43.目前，市面上的铝蚀刻天线标签价格从0.1元到几元不等，导电油墨的价格从180元/kg到几千元不等，导电银浆的价格从360元/kg 到上万元不等，本实用新型的石墨纸天线价格可降至0.1元以内，这大大降低了电子标签的价格。并且由于本技术的组成结构简单，且在获得石墨纸材料的基础上制备天线标签只需要覆合、模切和黏贴等过程，制备构成简单环保。
44.具体地，为了进一步使得本技术更加清楚，提供了用于制备本实施例中的新型电子标签天线结构的方法，具体采用以下制备天线结构的制备方法，包括：
45.s1：制备石墨纸或石墨纸复合材料，制备的石墨纸或石墨纸复合材料控制的厚度为5μm-30μm。
46.本实施例中，制备石墨纸或石墨纸复合材料的过程中需要对适合制作电子标签天线结构的石墨纸的厚度进行控制，也可以用已经制作完成的现有的符合尺寸的石墨纸或石墨纸复合材料进行下一步的制作过程，从而省去制备石墨纸或石墨纸复合材料步骤。
47.本实施例中，进一步地对步骤s1制备石墨纸或石墨纸复合材料的步骤进行了进一步地说明，具体地，
48.制备石墨纸或石墨纸复合材料包括：
49.将石墨纸原料通过预处理制得可膨胀石墨，再经过预设的膨胀温度下进行膨胀、压延制备成石墨纸或石墨纸复合材料；
50.其中，石墨材料为天然鳞片石墨、热解石墨、人造石墨、氧化石墨中的一种或几种复合；其中，膨胀温度为200-1000℃。
51.将石墨纸原料通过预处理制得可膨胀石墨包括：
52.将石墨纸原料进行混合处理，经过混合处理后进行水洗和干燥，得到可膨胀石墨；
53.其中，混合处理为：将石墨材料与反应化合物混合后在预设反应温度下搅拌；其中预设反应温度为20-50℃；搅拌时间为60min-90min；
54.或，混合处理为：将石墨材料浸在预设配比的反应溶液中，在恒定电流下进行电解处理，其中电解的时间为2h-3h；
55.压延具体包括进行预设次数的辊压处理，预设次数为3-5次。
56.上述方法步骤中，石墨纸复合材料相比于石墨纸会多几道工序，石墨纸复合材料为在制得石墨纸后，由石墨纸与碳材料、金属材料或陶瓷材料进行共同处理制备得到。
57.通过上述方法，可以在制备石墨纸或石墨纸复合材料过程中更好地控制石墨纸或石墨纸复合材料的厚度，并且生成的石墨纸结构清晰稳定，可以参见本技术的附图1(a)、(b)，从而使得生成的石墨纸可以更加符合电子标签天线的需求。
58.s2：将石墨纸或石墨纸复合材料与保护层进行覆合；得到石墨复合膜；
59.具体地，所述将石墨纸或石墨纸复合材料与保护层进行覆合包括：
60.将石墨纸或石墨纸复合材料与保护层采用对辊辊压机热辊压处理，使得石墨纸或石墨纸复合材料与保护层覆合，其中，辊压机上模温度为25～400℃，下模温度为25～400℃，优选地，辊压机上模温度为70～120℃，下模温度为70～120℃；
61.s3:将石墨复合膜在基材表面进行背胶，得到高电导率石墨膜；
62.其中，背胶的胶黏剂为水性涂层胶、油性涂层胶、热熔压敏胶中的任意一种或更多种。
63.进一步优选环氧树脂胶、聚氨酯胶、丙烯酸树脂胶、聚偏氟乙烯树脂胶、氯化橡胶、聚丙烯酸酯胶、热熔胶。
64.s4：对高电导率石墨膜进行处理，得到电子标签天线结构。具体地，对高电导率石墨膜进行处理可以包括在高电导率石墨膜表面附上第三层载体，或根据需求贴设其他相关层状结构的处理，也可以是对整体进行精加工的处理方式。
65.其中，在本实施例的制备方法中，还包括对导电层切割成型步骤，所述切割成型的切割方式具体包括激光切割、火焰切割、手动切割、电弧切割或模切；
66.其对导电层切割成型步骤的实施过程可以根据实际操作步骤顺序上的需求进行选择为：
67.直接对石墨纸或石墨纸复合材料进行切割，或在将石墨纸或石墨纸复合材料与保护层进行覆合后切割，或在将石墨复合膜在基材表面进行背胶后切割，或在对高电导率石墨膜进行处理后切割。
68.其中，直接对石墨纸或石墨纸复合材料进行切割，需要考虑石墨纸易碎特性，选择不容易破坏结构振动较小的切割方式；
69.优选地，所述对导电层切割成型的切割方式具体为模切，步骤具体包括：
70.在将石墨纸或石墨纸复合材料与保护层进行覆合后，对覆合在保护层上的石墨纸或石墨纸复合材料根据预设形状进行模切得到相同形状的保护层和石墨纸，或对覆合在保护层上的石墨纸或石墨纸复合材料根据预设形状进行半模切，保留保护层并且切除部分石墨纸或石墨纸复合材料，得到石墨复合膜；保护层不仅实现了对导电层的保护，而且考虑到了本实施例中尺寸较薄并且易碎的石墨纸材料，保护层可以防止石墨纸或石墨纸复合材料的碎裂，并且可以更稳定地对石墨纸材料进行加工。
71.其中，所述对导电层切割成型的切割方式具体为模切，也可以在得到高电导率石墨膜或在高电导率石墨膜表面附上第三层载体步骤后在进行模切成型的步骤，具体为：对贴设在基材表面的石墨纸或石墨纸复合材料根据预设形状进行半模切得到相同形状的保护层和石墨纸，保留基材不被切除。这样的切割方式更加稳定，且可以一次性切割成型。当具有第三层载体时，可以将第三层载体设置在保护层上以后再进行一同半模切，实现一次性成型。
72.基于本技术的电子天线结构的构成，在制备过程中，在获得石墨纸材料的基础上制备天线标签只需要覆合、模切和黏贴等过程，制备构成简单环保。石墨纸材料的获取过程需要注意控制厚度，使其符合电子天线结构的导电层的尺寸。石墨纸由于其材质的易碎特性并且在本实施例中的电子标签中较薄，因此可以通过先覆合或贴合后切割成型的方式，具体优选为模切方式，对覆合在保护层上和/或者粘设在基材上的石墨纸或石墨纸复合材料根据预设形状进行模切或半模切，即模切模具通过预设的切割厚度和形状，把本技术中的天线导电层的模切形状切出来，但不切除需要保留的材料。可以方便且稳定地获取需要的导电层的形状，解决了现有技术中的天线工艺制程复杂、制造效率低、成本高、污染环境、应用领域受限等问题。
73.基于上述实施例，本技术还提供一种电子标签，电子标签包括前述的天线结构。
74.通过上述实施例的具体内容可知，本技术的技术方案具有如下的有益效果：
75.(1)本技术改变了原有传统的电子标签天线的构成，选用本领域技术人员不容易想到的石墨纸材料来制作标签天线结构的天线导电层，克服了导电油墨和薄膜类材料制作天线带来的导电性不足问题，且通过本技术的结构设计使得制作工艺更简单，另外本实用新型制作的标签天线方块电阻远小于碳浆天线。
76.(2)并且由于本技术的组成结构简单，且在获得石墨纸材料的基础上制备天线标签只需要覆合、切割和黏贴等过程，制备构成简单环保。
77.(3)对覆合在保护层上和/或者粘设在基材上的石墨纸或石墨纸复合材料根据预设形状进行模切或半模切，通过先覆合或者粘合后模切的方式，并且模切具体为半模切，即
模切模具通过预设的切割厚度和形状，把本技术中的天线导电层的模切形状切出来，但不切除保护层。可以方便且稳定地获取需要的导电层的形状且不会破坏易碎的石墨纸材料。
78.以上所选实施例为典型具体实施方案，上述说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。