论文部分内容阅读
印刷电子学是基于印刷原理的电子学,利用各种印刷技术制造电子器件与系统。常用的印刷工艺有丝网印刷、柔性版印刷、凹版印刷、胶印和喷墨打印等。随着物联网技术的发展,天线和传感器技术越来越引人重视,印刷电子学中低成本、高性能的电子器件有望在物联网中得到应用。本文主要研究的是柔性凹版印刷技术和基于此技术印制的天线及无线传感器件。文章第一部分是对柔性凹版印刷技术及其印制式天线的研究。首先,分别使用碳油墨,纳米银油墨和透明导电油墨在铜版纸,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚酰亚胺(PI)上做印刷测试;通过对油墨的转移效果,图形的分辨率和薄膜的方块电阻值的比对,研究了不同导电油墨的特征,得到了印刷不同导电油墨的最佳技术参数,为器件的印刷打下基础。其次,通过学习凹版印刷技术中凹版的制作工艺,制定出实验印刷版的网穴工艺参数为120/3/110(用针角度,网穴角度,线密度)。最后,根据半波偶极子的基本原理及变形折叠偶极子天线的特征,我们设计出一系列不同形式的共振频率为0.5GHz~3GHz的偶极子天线,并用HFSS微波模拟软件对其性能进行了模拟。结合柔性凹版印刷技术,用纳米银油墨在PI衬底上印制天线,通过Agilent5061B网络分析仪测试天线性能,并对天线共振频率的设计值、模拟值和测试结果做了分析和对比,成功得到了性能良好的固定频率的印制式偶极子天线,为印制式无线智能传感器的研究打下了基础。文章的第二部分结合柔性凹版印刷技术,印制了无线应力传感器,并研究了其压力传感性能。该应力传感器是用氧化石墨烯(GO)为油墨印制而成,经过退火处理后,氧化石墨烯被还原为石墨烯。基于石墨烯的特殊性能,当外力加载到应力传感器上,石墨烯能够轻易的发生形变,从而引起传感器电性能的变化。根据法拉利电磁感应原理,在一定范围内,测试天线(自制线圈天线)的阻抗会随着线圈传感器电性能的变化而变化,这种变化被阻抗分析仪捕捉到,从而实现传感器的无线应力传感功能。我们先后对无线应力传感器做了有线应力传感测试和无线应力传感测试。在有线测试中,该线圈式应力传感器本身的阻抗和容抗在相应的频率范围内会随着负载应力的变化而产生相应的变化,这种变化的产生是进行无线测试的前提,表明石墨烯薄膜对应力具有一定的敏感度。无线测试结果表明,随着负载应力的增加,测试天线的阻抗在27MHz~36MHz时减小,共振频率有细微的增加。当负载应力达到100N时,传感器对应力变化的敏感度高达48%。基于石墨烯良好的导电性能和其对应力的敏感度,我们成功的印制了性能良好的无线应力传感器,对印制式无线智能传感器在物联网中的应用具有一定的借鉴作用。本文研究的基于柔性凹版印刷技术的印制式天线,具有良好的性能,印制的无线应力传感器对应力的敏感度高,并且能够有效的通过无线的方式实行监测,为印制式的无线智能传感器的研究及其在物联网中应用提供了实验基础。