Nanotube RFID: Bättre streckkoder?

Radiofrekvensidentifiering (RFID)-taggar har gjort det enkelt att betala vägtullar och kollektivtrafikpriser. Men taggarna, som är gjorda av kisel, är fortfarande för dyra för att ersätta allestädes närvarande streckkoder för att på liknande sätt snabba upp köerna för matbutiker genom att fjärrskanna en produkt medan den fortfarande ligger i korgen.

Rulla upp: RFID-etiketter av plast tryckta med en roll-to-roll-process kan ersätta streckkoder om utvecklarna kan få ner priset till en krona eller mindre.

Billiga RFID-taggar av plast kan snart ändra på det. Forskare i Sunchon, Sydkorea, har tryckt RFID-kretsar på plastfilmer med en kombination av industriella metoder: rulla-till-rulle-utskrift, bläckstråleutskrift och silikongummi-stämpling. De använder bläck som innehåller olika material - silver, kolnanorör och en nanopartikel-polymerhybrid - för att deponera kretsens komponenter, såsom kondensatorer och transistorer, lager för lager.

Gyoujin Cho, professor i tryckt elektronikteknik vid Sunchon National University , som ledde arbetet, uppskattar att taggarna kostar tre öre styck. För att ersätta streckkoder måste RFID-taggar kosta en slant eller mindre. Men Cho säger att detta borde vara möjligt om alla lager på en tagg kan deponeras med en roll-to-roll-process. En version av den nuvarande prototypen som är kapabel att hålla användbara mängder data bör finnas på marknaden senare i år, säger han.

De nya RFID-taggarna kommer att vara den första produkten som använder tryckta transistorer gjorda av kolnanorör. Forskare har utvecklat nanorörsbläck i ett decennium, men den enda elektroniska produkten för nanorör på marknaden hittills är en film för displayelektroder. Rick Jansen på kolnanorörsbläcktillverkaren SouthWest NanoTechnologies säger att nanorörsbläck av god kvalitet som är enhetligt och trögflytande nog att skriva ut har varit dyra att producera.

Att göra transistorer med nanorörsbläck är också svårt eftersom blandningar vanligtvis är två tredjedelar halvledande och en tredjedel metalliska, och den metalliska komponenten gör att blandningen leder totalt. Cho och forskare vid Paru Corporation i Sunchon har patenterat en enkel process för att göra nanorörsbläck halvledande. De belägger metallrören i lösningen med en polymer. Man skakar dem med vissa polymerer och slår in dem och lämnar dem bara kvar, säger Rice University kemiprofessor James Tour , som också var med i det nya arbetet.

De resulterande transistorerna är stora och presterar inte i nivå med silikonenheter. Men, säger Tour, RFID-taggar är en perfekt applikation för dem eftersom du bara behöver en handfull bitar.

Att göra transistormatriser som styr pixlarna i en flexibel skärm med nanorörsbläck skulle vara mer utmanande. Med displayer behöver du bättre transistorer, säger han. Vi kan skriva ut små transistorer med kolnanorörsbläck, men att skriva ut ett stort antal av dem med bra justering är svårt. Ändå, säger Cho, arbetar det koreanska teamet på att göra displaykontrollkretsar med sina nanorörstransistorer.

Passiva RFID-taggar, som används för att spåra föremål, är gjorda av två huvuddelar: en integrerad krets av kisel och en antenn som vanligtvis är gjord av solid koppar eller utskrivbart silverbläck. Antennspolen fångar växelström från läsarens radiofrekvenssignal, och växelströmmen omvandlas till likström i en likriktarkrets. En annan krets använder denna kraft för att generera de signaler som sänds tillbaka till läsaren och förmedlar informationen som lagras på taggen.

Cho och hans kollegor börjar med att använda en roll-to-roll-process för att deponera antennspolarna, ett bottenelektrodlager av silverbläck och ett efterföljande isolerande lager, en bariumtitanat-nanopartikel-polymer-hybridbläck. Därefter lade de ner lager av kolnanorörsbläck med hjälp av en bläckstråleskrivare för att göra kretsens transistorer. Slutligen använder de en silikongummistämpel för att skriva ut kondensatorerna och dioderna som behövs för att göra RFID-taggens likriktarkrets. De använder ett bläck av koboltdopade zinkoxidnanotrådar för att göra det halvledande lagret i dioden, och aluminiumpasta för de översta elektroderna. Forskarna beskriver sin process i Marsnummer av tidskriften IEEE-transaktioner på elektronenheter .

Den färdiga taggen är tre gånger så stor som en vanlig streckkod, och den lagrar bara en bit information, en 1 eller en 0, så den kan bara ge ett ja eller nej svar till läsaren. Cho säger att en 64-bitars tagg borde finnas tillgänglig på marknaden nästa år. Det slutliga målet är en 96-bitars tagg för att ersätta streckkoder.

Den verkliga effekten skulle vara om de kan konkurrera i pris, säger Pulickel Ajayan , en professor i maskinteknik och materialvetenskap vid Rice som inte var involverad i arbetet. Det är en av anledningarna till att nanorör kan komma in i bilden. Det är en roll-to-roll-process, vilket gör det möjligt att komma in på marknaden.

Att förbättra upplösningen och noggrannheten hos rull-till-rulle-skrivaren borde ge mindre taggar som bär mer information, säger Cho. Men de måste också förbättra kretsen så att den avger signaler med högre effekt. Läsaren arbetar bara upp till 10 centimeter bort just nu – inte tillräckligt för att arbeta vid en kassakö ännu.

Dölj