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Nanotube-RFID: Bessere Barcodes?
RFID-Tags (Radio Frequency Identification) machen das Bezahlen von Mautgebühren und Fahrpreisen für öffentliche Verkehrsmittel zum Kinderspiel. Aber die Tags, die aus Silizium bestehen, sind immer noch zu teuer, um allgegenwärtige Barcodes zu ersetzen, um die Kassenlinien von Lebensmittelgeschäften zu beschleunigen, indem ein Produkt aus der Ferne gescannt wird, während es sich noch im Warenkorb befindet.
Aufrollen: Kunststoff-RFID-Tags, die im Rolle-zu-Rolle-Verfahren gedruckt werden, könnten Barcodes ersetzen, wenn Entwickler den Preis auf einen Cent oder weniger senken können.
Billige RFID-Tags aus Kunststoff könnten das bald ändern. Forscher in Sunchon, Südkorea, haben mit einer Kombination industrieller Methoden RFID-Schaltungen auf Kunststofffolien gedruckt: Rolle-zu-Rolle-Druck, Tintenstrahldruck und Silikongummi-Stempel. Sie verwenden Tinten, die verschiedene Materialien enthalten – Silber, Kohlenstoffnanoröhren und ein Nanopartikel-Polymer-Hybrid –, um die Komponenten der Schaltung, wie Kondensatoren und Transistoren, Schicht für Schicht abzuscheiden.
Gyoujin Cho, Professor für gedruckte Elektronik an der Sunchon National University , der die Arbeit leitete, schätzt, dass die Tags drei Cent pro Stück kosten. Um Barcodes zu ersetzen, müssen RFID-Tags einen Cent oder weniger kosten. Aber Cho sagt, dass dies erreichbar sein sollte, wenn alle Schichten eines Etiketts mit einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren aufgebracht werden können. Eine Version des aktuellen Prototyps, die in der Lage ist, nützliche Datenmengen zu speichern, soll noch in diesem Jahr auf den Markt kommen, sagt er.
Die neuen RFID-Tags werden das erste Produkt sein, das gedruckte Transistoren aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet. Forscher entwickeln seit einem Jahrzehnt Nanoröhren-Tinten, aber das einzige Nanoröhren-Elektronikprodukt auf dem Markt ist ein Film für Anzeigeelektroden. Rick Jansen beim Hersteller von Carbon-Nanotube-Tinten SouthWest NanoTechnologies sagt, dass die Herstellung von Nanotube-Tinten von guter Qualität, die gleichmäßig und viskos genug zum Drucken sind, teuer war.
Die Herstellung von Transistoren unter Verwendung von Nanotube-Tinte ist ebenfalls schwierig, da Mischungen typischerweise zu zwei Dritteln halbleitend und zu einem Drittel metallisch sind und die metallische Komponente die Mischung insgesamt leitend macht. Cho und Forscher der Paru Corporation in Sunchon haben ein einfaches Verfahren patentiert, um Nanoröhren-Tinten halbleitend zu machen. Sie beschichten die metallischen Rohre in der Lösung mit einem Polymer. Sie schütteln sie mit bestimmten Polymeren und wickeln sie ein und lassen sie einfach drin, sagt der Chemieprofessor an der Rice University James Tour , der auch an der neuen Arbeit beteiligt war.
Die resultierenden Transistoren sind groß und haben nicht die gleiche Leistung wie Siliziumbauelemente. Aber, sagt Tour, RFID-Tags sind eine perfekte Anwendung dafür, weil Sie nur eine Handvoll Bits benötigen.
Die Herstellung von Transistorarrays, die die Pixel in einem flexiblen Display mit Nanotube-Tinte steuern, wäre eine größere Herausforderung. Bei Displays braucht man bessere Transistoren, sagt er. Wir können kleine Transistoren mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Tinten drucken, aber eine große Anzahl von ihnen mit guter Ausrichtung zu drucken, ist schwierig. Trotzdem, sagt Cho, arbeite das koreanische Team daran, mit ihren Nanoröhren-Transistoren Display-Steuerungsschaltungen herzustellen.
Passive RFID-Tags, die zur Verfolgung von Objekten verwendet werden, bestehen aus zwei Hauptteilen: einem integrierten Silizium-Schaltkreis und einer Antenne, die normalerweise aus massivem Kupfer oder bedruckbarer Silbertinte besteht. Die Antennenspule erfasst Wechselstrom aus dem Hochfrequenzsignal des Lesegeräts, und der Wechselstrom wird in einer Gleichrichterschaltung in Gleichstrom umgewandelt. Eine andere Schaltung verwendet diese Energie, um die Signale zu erzeugen, die an das Lesegerät zurückgesendet werden und die auf dem Tag gespeicherten Informationen übermitteln.
Cho und seine Kollegen verwenden zunächst einen Rolle-zu-Rolle-Prozess, um die Antennenspulen, eine untere Elektrodenschicht aus Silbertinte und eine anschließende Isolierschicht, eine Bariumtitanat-Nanopartikel-Polymer-Hybridtinte, abzuscheiden. Als nächstes tragen sie Schichten von Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Tinten mit einem Tintenstrahldrucker auf, um die Transistoren der Schaltung herzustellen. Schließlich verwenden sie einen Silikon-Stempel, um die Kondensatoren und Dioden zu drucken, die für die Gleichrichterschaltung des RFID-Tags erforderlich sind. Sie verwenden eine Tinte aus kobaltdotierten Zinkoxid-Nanodrähten, um die halbleitende Schicht in der Diode herzustellen, und Aluminiumpaste für die oberen Elektroden. Die Forscher skizzieren ihren Prozess in der März-Ausgabe der Zeitschrift IEEE-Transaktionen auf Elektronengeräten .
Das fertige Tag ist dreimal so groß wie ein Standard-Barcode und speichert nur eine Information, eine 1 oder eine 0, sodass es dem Leser nur eine Ja- oder Nein-Antwort geben kann. Cho sagt, dass im nächsten Jahr ein 64-Bit-Tag auf den Markt kommen soll. Das Endziel ist ein 96-Bit-Tag, um Barcodes zu ersetzen.
Die wirkliche Auswirkung wäre, wenn sie im Preis konkurrieren könnten, sagt Pulickel Ajayan , einem Professor für Maschinenbau und Materialwissenschaften bei Rice, der nicht an der Arbeit beteiligt war. Dies ist einer der Gründe, warum Nanoröhren ins Spiel kommen könnten. Es handelt sich um einen Rolle-zu-Rolle-Prozess, der den Markteintritt ermöglicht.
Durch die Verbesserung der Auflösung und Genauigkeit des Rolle-zu-Rolle-Druckers sollten kleinere Tags mit mehr Informationen erhalten werden, sagt Cho. Aber sie müssen auch die Schaltung verbessern, damit sie Signale mit höherer Leistung aussendet. Das Lesegerät funktioniert derzeit nur bis zu 10 Zentimeter entfernt – noch nicht genug, um an einer Kasse zu arbeiten.