1、印刷电子的最新发展探究 周颖梅 上海出版印刷高等专科学校 关键词： 印刷电子; 印刷技术; 材料; 智能包装; 印刷电子技术是基于印刷原理的电子制造技术, 即将电子材料配成流动性“油墨”, 用印刷的方式制备电子器件与系统。印刷电子技术优势明显, 具有大面积、柔性化、节能环保、材料成本低以及设备投入少等优点, 可应用在 OLED 照明、有机光伏、柔性显示屏、集成智能系统以及物联网智能包装上。本文主要针对印刷电子技术的印刷技术应用、材料发展、智能包装的新动向进行对比讨论分析。一、印刷技术应用目前, 传统丝网印刷是目前印刷技术中最广泛的印刷电子方式, 但是速度、精度无法与凹印、柔印相比。特别是 R
2、F I D 的印制过程, 柔印可实现卷对卷应用;柔印与凹印的精度、厚度同时能满足 RFID 导电要求;柔印工艺环保, 兼容水性导电墨水;柔印与凹印具有印刷速度快捷、成本低廉等优势, 将越来越为智能包装领域拓宽印刷市场 (如图 1) 。数字印刷技术中, 喷墨印刷仍然适用于试验研究, 采用的导电油墨价格昂贵, 不适合低成本的电子产品批量生产, 但其优势是免网版、免蚀刻, 可联网控制, 减少对人的依赖。市场上出现各种印刷技术应用遍地开花的现象。图 1 传统印刷速度和厚度对比 下载原图图 2 纸张改性示意图 下载原图二、材料发展成本问题一直是印刷电子及智能包装产品需重点考虑的因素, 这关系到能否被终端
3、客户市场所接受的问题。导致成本高的原因主要是基材成本和油墨价格。纸张具有可绕动、低成本、无污染、高效率、短周期、易成形的优点。西安理工大学印刷包装工程系针对印刷电子领域进行了纸张改性研究 (如图 2) , 少量基于纸张的电致发光贴纸、杂志及报纸应用研究初见成效 (如图 3) 。纸质电池的出现无疑改变了人们对电源的传统概念。目前, 恩福赛印刷电子有限公司推出纸质电池的异型化 (如图 4) , 开拓出部分基于全柔性印刷电子技术, 针对消费品、化妆品、生物医药等系列智能包装制订方案。其中, 一款基于纸电池的离子眼膜 (如图 5) , 可将护肤成分离子化, 运用弱电刺激皮肤及毛细血管, 促进皮肤高效吸
4、收护肤品中的水分和营养成分, 达到超常的美容保养效果。同时, 该公司还能实现多样化纸质电池的产品定制解决方案。图 3 纸张的电致发光研究 下载原图导电性浆料和导电油墨是制约印刷电子发展的另外一个因素。导电银浆因其含银量高、抗氧化、导电性良好、易制备等特点, 适合于丝网印刷工艺, 但印后需要烘烤和烧结, 且价格昂贵。铜作为一种替代的选择, 易氧化, 为阻止其氧化的工艺又过于复杂。碳导电墨水成为另一种代替银的材料, 石墨烯是一种具有良好导电、导热性能的低价导电材料, 被广泛应用于触摸屏、太阳能电池的透明导电膜和透明电极等领域, 但是石墨烯在实际电路应用中因场效应问题面临很多困难。对于新兴的柔性印刷
5、电子技术而言, 微观颗粒尺寸小且高介电材料的纳米技术的研究, 适合于喷墨印刷技术, 能实现细度线条的印制。西安理工大学等多个研究中心对于纳米级银粉的研制, 大大改变了从国外进口纳米导电油墨的现状, 从而降低了成本。图 4 异型纸质电池应用 下载原图图 5 纸电池眼膜工作原理示意图 下载原图三、智能包装智能包装指通过创新思维, 在包装中加入了更多机械、电气、电子和化学性能的新技术成分, 使其既有通用的包装基本功能, 又具有一些特殊的性能, 以满足商品的特殊需求和特殊的环境条件。智能包装的发展经历传统包装阶段, 从一维码、二维码识别技术, 发展到 R F I D、N F C 射频识别技术, 再到高
6、级智能包装阶段实现 RFID 技术结合纸电池和传感器高端技术, 可以实现对智能交通、智能医疗、物流、穿戴、游戏玩具、服装零售、电子门票等追溯、追踪、防伪的广泛应用。根据智能标签产业预测, 20142025 年的数据将呈现大幅度上升趋势 (如图 6) 。随着包装个性化、高端化的需求越来越多, 近距离无线通信 (NFC) 与超高频 (UHF) 同时存在于芯片中, 为物流环节提供便利。新型 RFID智能标签研发逐步从芯片型向无芯片型 (如图 7 左) 、天线频率标签方向转变。一款自发电的 RFID 标签 (如图 7 右) 在研制中, 有望解决 RFID 的电源问题。以柔性纸电池为电源、结合 RFID
7、 射频识别技术和温度传感技术的新型智能RFID 温感标签 (如图 8 左) 目前市场售价 40 多元。基于纸质电池, 采用蓝牙技术与手机云端实现实时信息互动, 可以 24 小时连续测量体温的柔性智能体温贴 (如图 8 右) , 无疑为医疗界带来了便利。智能标签发展过程面临着被拆、被盗、易被干扰的问题。上海交通大学有机光电子集成信息显示与传感技术团队正致力于研制一系列创新的印刷存储标签技术 (如图 9) , 结合自主开发的芯片以及软硬件读写技术, 一方面为下游的印刷电子系统集成商提供存储元件, 另一方面也可成为独立的产品, 为物品识别、防伪、品牌保护等应用需求提供完整的解决方案, 具有超薄、轻柔
8、、易于量产、成本低、可靠性好、使用便捷等优点。图 6 20142025 年智能标签预测图 下载原图图 7 无芯片 RFID 和自发电 RFID 下载原图图 8 智能 RFID 温感标签和柔性智能体温贴 下载原图图 9 印刷存储标签新技术 下载原图增强现实技术 (A R) 在智能包装应用中逐渐发展起来, 可以将传统的图像识别技术与可变信息 (一维码/二维码/一物一码) 相结合, 实现 A R 信息可变的智能标签, 改变传统标签单向、单点式的信息设计模式, 基于大数据平台, 利用数据挖掘和分析技术, 建立最终用户与生产企业之间的多向信息交互, 实现多维互动、智能防伪、物流追溯、个性化服务和精准营销。图 1 0 基于 AR 技术的手表试戴 下载原图四、瓶颈问题印刷电子及智能包装在物联网、冷链检测管理等领域还不能规模实现定制开发能力, 存在一定技术、资金和品牌壁垒。标准的缺失也制约技术的发展和产品的规模化应用。相信在不久的将来, 随着印刷电子产品品种越来越齐全, 应用领域越来越广泛, 制约技术发展的壁垒问题必将迎刃而解。
