传统印刷业的新机遇

发布时间:2020-08-18 09:20:00

什么是印刷电子产品?印刷电子是印刷与电子的跨界融合,它利用传统印刷方法制造电子元件和电路。目前,电子元器件和电路的制造方法主要依赖于光刻和蚀刻工艺。从本质上讲,它是一种切削材料制造技术。在表面添加材料是一种制造技术。在传统印刷中,这些功能材料是黑色或彩色墨水。印刷电子技术是将功能性电子墨水印刷在各种基材上。这些功能性电子墨水可以导电、发光、发电、半导体、传感(温度、压力、湿度、气体等)。添加剂制造不再依赖于基材本身的性质。它可以印刷在诸如硅晶体、玻璃、陶瓷等硬材料上,也可以印在塑料、纸、布等柔性材料上,甚至可以印在弹性材料上,生成可以拉伸的电子元件或电路。与传统的材料还原制造方法相比,印刷电子产品具有面积大、灵活性强、成本低等优点,而添加剂制造本身就是绿色的。

什么是印刷电子产品?印刷电子是印刷与电子的跨界融合,它利用传统印刷方法制造电子元件和电路。目前,电子元器件和电路的制造方法主要依赖于光刻和蚀刻工艺。从本质上讲,它是一种切削材料制造技术。在表面添加材料是一种制造技术。在传统印刷中,这些功能材料是黑色或彩色墨水。印刷电子技术是将功能性电子墨水印刷在各种基材上。这些功能性电子墨水可以导电、发光、发电、半导体、传感(温度、压力、湿度、气体等)。添加剂制造不再依赖于基材本身的性质。它可以印刷在诸如硅晶体、玻璃、陶瓷等硬材料上,也可以印在塑料、纸、布等柔性材料上,甚至可以印在弹性材料上,生成可以拉伸的电子元件或电路。与传统的材料还原制造方法相比,印刷电子产品具有面积大、灵活性强、成本低等优点,而添加剂制造本身就是绿色的。

印刷电子是一个新兴的技术领域,印刷电子技术在世界上的兴起才十几年。中国印刷电子技术的研发始于2010年,国内首次印刷电子技术研讨会在苏州召开。中国科学院苏州纳米技术研究所于2010年在国内率先建立印刷电子技术研究中心。9年来,该研究中心已在印刷电子技术的各个领域发展,包括电子墨水合成、印刷电子技术、喷墨印刷设备、印刷薄膜太阳能电池、印刷薄膜晶体管、印刷有机和量子点发光、印刷柔性化等,除了技术研发外,在产业化方面也做了一些尝试。该中心研制的纳米银触摸屏印刷用透明导电膜已在国内的触摸屏企业南昌欧菲光实现产业化。

印刷电子与传统印刷有着天然的联系。印刷学院作为国内印刷行业的高等院校,于2011年成立了印刷电子研究中心。作者被邀请为北京印刷学院特聘教授。2015年,中国印刷工业协会组织编制了《中国印刷工业技术发展路线图》。作者受邀担任编委,并参与了印刷电子技术相关章节的编写。中科院苏州纳米技术研究所印刷电子中心成立初期,也接待了一些印刷企业的参观,他们对印刷电子技术表达了极大的兴趣。但纵观过去9年的发展历程,印刷电子并没有真正登陆中国印刷业。根据作者的

随着物联网和5g时代的到来,互联网接入是不可阻挡的潮流。每个物体上都有感应和识别标记。标签成为所有事物信息的载体。在传统印刷领域,标签印刷是一个巨大的产业。传统标签所承载的信息量已经无法满足物联网时代的需求,普通条码和二维码需要人工读取。以快递业为例,2018年我国快递包裹数量已达505亿件,近期将进入日均快递10亿件的时代。目前,每个快递都需要人工扫描编码来记录物流信息,这成为提高物流行业效率的痛点。射频识别(RFID)标签将成为物联网时代的传统标签。事实上,RFID标签已经开始进入商品流通领域。许多大型连锁店已经开始引入RFID标签技术。比如运动服装品牌迪卡侬T恤上的标签,除了普通的条形码外,还有一个RFID夹在两层纸之间。撕下这个RFID会发现,目前的RFID仍然是在一层塑料薄膜上制作的。这是因为RFID的天线仍然是用腐蚀铝箔制作的,这也是上述传统的制造方法。

虽然使用了纳米银,但印刷纳米银天线的标签比铝蚀刻天线低20%-30%。这是因为传统的铝标签必须在pet塑料上制作,而pet塑料的成本远高于纸质材料。另外,传统的铝标签必须在两层纸之间复合形成纸质标签,而印刷电子产品制成的RFID标签则是纸质标签,在工艺复杂度和设备投资上都低于腐蚀铝标签。考虑到纳米银材料的成本,我们也在开发基于纳米铜的导电油墨,并取得了突破性进展。用纳米铜质印刷天线制成的RFID标签已经达到了10米左右的阅读距离。未来,用铜代替银可以进一步降低RFID标签的打印成本。

RFID标签可以承载至少是当前二维码的4倍,而且RFID标签不仅可以读取信息,而且可以写入信息,灵活性和智能性都远远高于目前的二维码。据TechTag研究公司预计,到2019年,全球RFID市场将达到700亿美元。其中,增长最快、增长的是日用消费品领域,也就是说,超市和零售业对RFID标签的需求量,而且还在不断增长。2017年,日本经济产业省决定利用RFID技术提升零售业的自动化程度。日本经济产业省与日本的五家便利店签署协议,在7-11、全家、罗森、小岛和newdays推广RFID技术。到2025年,这些便利店的所有产品都将使用电子标签,每年的需求量将达到1000亿美元。近日,央视财经频道报道,日本零售连锁企业罗森超市已开始使用RFID标签对门店内食品的保质期进行监控,取消了人工逐一检查。日本经济产业省希望最终将RFID技术的自动化系统扩展到药店和所有超市。

直接在纸上打印RFID标签意味着电子标签可以直接打印在传统商标上。上图为我们团队直接在酒标和药品包装盒上印制的RFID标签,为传统印刷行业带来了新的机遇。传统印刷业的技术优势在于拥有成熟的卷对卷印刷技术和设备。在现有印刷文本和图像的基础上,通过增加印刷导电油墨的工艺步骤,将RFID天线直接印刷在现有标签上。如果增加贴片工艺设备,可以直接生产带有RFID的智能标签。事实上,我国已经有传统标签印刷企业开始印刷RFID智能标签。

随着国家对生态保护力度的加大,以腐蚀铝为原料制造RFID天线等污染排放行业的生存空间将不断压缩。如果考虑到污染控制方面的投资,传统RFID天线的制造成本将增加。随着市民环保意识的增强,国外一些零售巨头开始大量采购绿色环保技术生产的RFID智能标签,并将绿色RFID标签作为商家的卖点。这为传统印刷业发展RFID标签绿色印刷带来了机遇。这也是传统印刷业实现产业转型升级的新机遇。希望本行业能抓住这个机遇,迈入印刷电子制造的新天地。


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