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CN115018031B - 一种无源无芯片rfid湿度检测标签及其制备方法 - Google Patents

一种无源无芯片rfid湿度检测标签及其制备方法 Download PDF

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CN115018031B
CN115018031B CN202210461178.0A CN202210461178A CN115018031B CN 115018031 B CN115018031 B CN 115018031B CN 202210461178 A CN202210461178 A CN 202210461178A CN 115018031 B CN115018031 B CN 115018031B
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Abstract

本发明公开了一种无源无芯片RFID湿度检测标签及其制备方法，所述无源无芯片RFID湿度检测标签包括标签贴片单元、金属地板和介质基板；所述金属地板设置在介质基板的下侧，且在介质基板喷射有银粒子导电层；所述标签贴片单元为RFID标签天线，位于所述介质基板的上表面，且在两个对称设置的标签贴片单元的金属间隙填涂上湿度敏感材料形成湿度敏感材料涂覆区；本RFID湿度检测标签及其制备方法通过标签贴片单元和介质基板的设置，在使用时，能够快速实现瓜果蔬菜等农产品的湿度检测，且具有成本低、功耗低、抗干扰能力强以及易监测与同种类型无芯片湿度传感器相比具有一定编码能力等特点。

Description

一种无源无芯片RFID湿度检测标签及其制备方法
技术领域
本发明涉及RFID(RadioFrequencyIdentification)，射频识别技术领域，具体涉及一种无源无芯片RFID湿度检测标签及其制备方法。
背景技术
电子标签又称射频识别(Radio Frequency Identification，简称RFID)，是一种非接触式的自动识别技术；在距离几厘米到几米范围内读卡系统发射的无线电波可以读取电子标签内储存的信息，从而获取所需要的物品的信息；
在冷链物流中，瓜果蔬菜等农产品对湿度要求高，需要在一定湿度下存储和运输，过高或者过低的湿度环境都会影响产品品质，并有可能腐败变质；货物出库、运输过程中，存在一些不可控因素，所以能够方便快捷的检测货物的湿度变化很有意义；而目前对于瓜果蔬菜等农产品在运输和储存时湿度的检测仍存在以下问题：
在冷链运输和湿度控制过程中：(1)目前常用的解决方案是冷链运输车，但冷链运输车控制的只是车厢内的温度变化，对于湿度由于货物有时过于密集等原因，调控能力较差；(2)同时，在货物搬卸过程中，会暴露在自然环境中，湿度也会有所变化；(3)同时在湿度监测中，传统的有芯片标签由于结构中包含集成电路(IC)芯片，制造成本会相应提高，无法满足在农产品储存方面的大规模推广和应用的要求；
在瓜果蔬菜等农产品储存过程中：(4)以往人们储藏瓜果蔬菜等农产品都是在室内的自然环境中存放，湿度随环境而变化，湿度过高过低都会影响品质，保存时间较短；(5)有一些新鲜农产品对湿度环境要求较为苛刻，而现有技术无法做到无接触实时监测，将湿度控制在一定范围内，从而农产品腐败变质，同时不能及时发现农产品腐烂，及时的进行处理，导致霉果影响其他果蔬质量；(6)常见的湿度检测传感器都需要硬件和芯片作为支撑，成本较高，测试过程繁琐，不宜用于农产品的储藏中；
因此基于上述问题，亟需设计一种无源无芯片RFID湿度检测标签，以解决上述现有技术存在的问题。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种无源无芯片RFID湿度检测标签及其制备方法，本RFID湿度检测标签及其制备方法通过标签贴片单元和介质基板的设置，在使用时，能够快速实现瓜果蔬菜等农产品的湿度检测，且具有成本低、功耗低、抗干扰能力强以及易监测与同种类型无芯片湿度传感器相比具有一定编码能力等特点。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种无源无芯片RFID湿度检测标签的制备方法，包括步骤
S1.设计和制备RFID标签天线，并对RFID标签天线进行仿真测试；
S2.选用纸基板作为柔性基底，制备介质基板；
S3.对RFID标签天线的谐振频率进行测试；
S4.制备SnO2/G湿敏材料；
S5.检测SnO2/G湿敏材料的感湿特性；
S6.在RFID标签天线和SnO2/G湿敏材料的基础上，设计RFID湿度检测标签；
S7.对RFID湿度检测标签进行湿度标定校准；
S8.重复步骤S7，进行多次校准，完成RFID湿度检测标签的制作。
优选的，步骤S1所述的RFID标签天线的制备过程包括
S101.采用单点喷墨的喷墨打印技术制备RFID标签天线，反复打印15次，形成50μm的谐振器导电层；
S102.然后使用电磁仿真软件HFSS进行仿真测试，在HFSS软件是建模，绘制出RFID标签天线的模型图，并进行仿真测试，验证是否具有可行性；
S103.根据检测结果，并重复-步骤S101和S102对RFID标签天线进行优化设计，得到频段为3.8GHz的RFID标签天线。
优选的，步骤S2所述的介质基板的制备过程包括
S201.选用纸基板作为柔性基底，以银粒子墨水作为导电层，采取单点喷墨的喷墨打印机喷墨的方式在纸基板上进行喷墨，刻画所需贴片单元的形状；
其中，所述纸基板为双面铜版纸；
S202.将得到的介质基板放入烘干箱中120℃干燥30min，使其发生烧结，得到介质基板。
优选的，步骤S3所述的RFID标签天线的谐振频率测试过程包括
S301.使用矢量网络分析仪测试以上所制备的RFID标签天线的谐振频率，然后和仿真结果对比；
S302.根据S301的对比结果，若实测结果大于3.8GHz，考虑增加一次打印次数；若实测结果小于3.8GHz，则考虑减少一次喷墨打印次数。
优选的，步骤S4所述的SnO2/G湿敏材料的制备过程包括
S401.制备前准备好二水合氯化亚锡、氢氧化钠和乙酸锌调节溶液；
S402.分别称取0.45g的二水合氯化亚锡，0.6g的氢氧化钠以及0.05g的乙酸锌，同时，将15mL无水乙醇加入到15mL去离子水中配制混合溶液；
S403.将称取的药品边搅拌边加入到配置好的溶液中，接着将盛有溶液的烧杯放入到超声清洗机中超声5min，最后使用磁力搅拌仪对溶液进行搅拌操作，磁力搅拌10min后可以观察到溶液呈乳白色，则反应溶液制备完成；
S404.将步骤S403获得的溶液转移到容量为50mL的聚四氟乙烯为内衬的不锈钢高压反应釜中，在180℃条件下反应24小时；
S405.关闭烘干箱，取出反应釜并放置于通风处加速其冷却，冷却到室温时，将反应产物取出，并用无水乙醇和去离子水对生成的白色沉淀物先后轮流清洗三次；
S406.将清洗干净的产物保持60℃环境中12小时，制备完成所需SnO2白色粉末；
S407.将制得的SnO2白色粉末与石墨烯(G)进行掺杂，得到SnO2/G湿敏材料。
优选的，步骤S5所述的SnO2/G湿敏材料的感湿特性的检测过程包括
S501.对湿敏材料进行SEM、TEM、XRD、XPS表征；
S502.利用湿敏材料制备叉指电容式湿度传感器，并测试其灵敏度、响应特性、迟滞性和重复性。
优选的，步骤S6所述的RFID湿度检测标签一体化设计过程包括
S601.在所制得的RFID标签天线和SnO2/G湿敏材料的基础上，利用微米级微量注射器吸取适量湿敏材料的酒精溶液，将湿敏材料的酒精溶液以每次滴涂2μL的滴量均匀的涂覆到RFID标签天线的湿度感知区，然后在60℃加热一分钟，反复10次，得到检测标签；
S602.然后将步骤S601得到的检测标签放在60℃条件下干燥20min，从而得到所需的检测标签。
优选的，步骤S7所述的对RFID湿度检测标签进行湿度标定校准的过程包括
使用矢量网络分析仪测量不同湿度下的谐振频率，并用探空仪进行湿度标定。
一种无源无芯片RFID湿度检测标签的制备方法，所述的无源无芯片RFID湿度检测标签包括标签贴片单元、金属地板和介质基板；
所述金属地板设置在介质基板的下侧，且在介质基板喷射有银粒子导电层；
所述标签贴片单元为RFID标签天线，位于所述介质基板的上表面，且在两个对称设置的标签贴片单元的金属间隙填涂上湿度敏感材料形成湿度敏感材料涂覆区。
优选的，所述的银粒子导电层设置在介质基板的上表面，包括一个长方形窄带、四个U形凹槽和两个L形长条，其中两个大的U形凹槽两侧对称设置有RFID标签天线，且两个RFID标签天线之间为湿度敏感材料涂覆区，所述长方形窄带设置在介质基板的正中心位置，长度和介质基板的最长边等长，且在长方形窄带两侧对称设置有结构相同的贴片单元。
本发明的有益效果是：本发明公开了一种无源无芯片RFID湿度检测标签及其制备方法，与现有技术相比，本发明的改进之处在于：
(1)本发明设计了一种无源无芯片RFID湿度检测标签，包括标签贴片单元、金属地板和介质基板，其中金属地板设置在介质基板的下侧，标签贴片单元设置在介质基板上，且在银粒子导电层上设置湿度敏感材料涂覆区，在使用时，能够快速实现瓜果蔬菜等农产品的湿度检测，且具有成本低、功耗低、抗干扰能力强以及易监测与同种类型无芯片湿度传感器相比具有一定编码能力等优点；
(2)本发明所述的标签贴片单元是一种工作于超宽带(Ultra-Wide Band，UWB)频段(3.1GHz-10.6GHz)可用于湿度传感的无芯片RFID标签；本无芯片RFID标签是一种适用于短距离无线通信的无载波通信技术，具有系统容量大、传输速率高、功耗小等优点；使用时，当阅读器向RFID标签发射一个线极化波作为询问信号时，不同尺寸的标签贴片单元可以在不同的频率点产生谐振，并且在交叉极化方向上相应频点处的雷达散射截面(RadarCross-Section)，产生谐振峰值；
(3)同时标签贴片单元采用微带耦合天线结构，湿度敏感材料层填涂于微带线两侧的凹槽里和间隙中，当标签放置于不同的湿度环境时，覆盖湿度敏感材料层的标签贴片单元会产生相应的频率偏移，根据不同湿度环境下偏移量的多少间接得出相应的湿度值；
(4)本发明提供的标签实现了变极化技术，若有一个垂直方向的线极化波入射到该标签表面，可以通过检测水平方向的分量来识别特定的编码，这样不仅可以简化检测时的校准过程，而且可以增加阅读器发射和接收天线的隔离度，提高抗干扰能力；
(5)本发明通过制备SnO2/G湿敏材料，确定湿度敏感材料石墨烯-氧化锡混合物的最佳配比，使其两种湿敏材料表现出更高的湿度感知性能，从而提高湿度传感器的灵敏性；同时将湿敏材料涂覆到纸基板上，由于纸基板也具有一定吸湿能力，从而和湿敏材料结合，表现出更加优良的感湿性能；
(6)本发明所述无源无芯片RFID湿度检测标签在使用时，可以直接放置于瓜果蔬菜等农产品的包装箱内，可以进行无接触、快速监测湿度，仓储员通过本RFID湿度检测标签可以及时的发现货物是否超标，仓储物是否腐败，具有快速、便捷、低成本、高效等优良优点，对现代智慧农业的发展具有重大意义。
附图说明
图1为本发明无源无芯片RFID湿度检测标签制备方法的流程图。
图2为本发明RFID标签天线的S21与频率变化的仿真结果图。
图3为本发明RFID标签天线的磁场和电场分布图。
图4为本发明RFID标签天线辐射三维方向图。
图5为本发明实测-仿真结果对比图。
图6为本发明SnO2/G混合物低放大倍数下的SEM图。
图7为本发明G在高放大倍数下的SEM图。
图8为本发明放大倍率为35000倍数下SnO2的SEM图。
图9为本发明放大倍率为40000倍数下SnO2的SEM图。
图10为本发明SnO2/G混合物20000放大倍数的整体TEM图。
图11为本发明SnO2/G混合物70000放大倍数的整体TEM图
图12为本发明SnO2/G混合物30000放大倍数的局部体TEM图。
图13为本发明SnO2/G混合物80000放大倍数的局部体TEM图。
图14为本发明SnO2/G湿敏材料的XRD测试图。
图15为本发明SnO2/G纳米湿敏材料全谱测量的XPS图谱。
图16为本发明Sn 3d峰的XPS图谱。
图17为本发明O1s的XPS图谱。
图18为本发明SnO2/G湿度传感器在不同相对湿度下的灵敏度测试曲线图。
图19为本发明SnO2/G湿度传感器的响应时间和恢复时间曲线图。
图20为本发明SnO2/G湿度传感器迟滞性测试曲线图。
图21为本发明SnO2/G湿度传感器在57％湿度下重复性测试曲线图。
图22为本发明SnO2/G湿度传感器在75％湿度下重复性测试曲线图。
图23为本发明RFID湿度检测标签的湿度敏感特性曲线图。
图24为本发明无源无芯片RFID湿度检测标签的俯视图。
图25为本发明无源无芯片RFID湿度检测标签的主视图。
其中：在图3中，图(a)为是电场分布图，图(b)为磁场分布图；
在图24-图25中：1.介质基板，2.标签贴片单元，3.湿度敏感材料涂覆区，4.长方形窄带，5.金属地板。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
实施例1：参照附图1-25所示的一种无源无芯片RFID湿度检测标签及其制备方法，其中所述无源无芯片RFID湿度检测标签的制备方法包括步骤
第一部分：标签天线的制备
S1.制备RFID标签天线
S101.阅文献和相关电磁知识，采用单点喷墨的喷墨打印技术制备RFID标签天线，反复打印15次，形成50μm的谐振器导电层；
以导电银墨水为导电层的导电材料，使用喷墨打印机将其喷涂到纸基板上，具体过程如下：将所需喷涂的谐振器形状一比一原比例的BMP类型文件图片导入到控制喷墨打印机的软件中，并打印出相同大小的谐振器形状；
S102.然后使用电磁仿真软件HFSS进行仿真测试，在HFSS软件是建模，绘制出RFID标签天线的模型图，并进行仿真测试，验证是否具有可行性，仿真所得到的结果如下图2-4所示，根据图2-4可以看出：图2中显示的是插入损耗(S21)和频率变化的结果，可以看出，当从微带线的一端射入激励时，微带耦合线谐振器会在某些特定频率处吸收大部分入射波的能量，产生三种谐振状态；其中，谐振幅度最大的是由湿度传感区的谐振器引起，此处频率为3.8GHz；在图3中，图3a显示的是电场分布图，图3b显示的是磁场分布图；观察其电场分布图，能够看出在微带线的中间位置电场辐射强度较大；观察磁场分布图，能量主要集中在提供电感的谐振器上；图4是天线的3D方向图，方向图外形相对饱满，而且形成一个闭合的球体，因此可以推断出，该天线辐射模式具有一定的封闭性，保证了辐射的强度；
S103.根据检测结果，并重复步骤S101和S102对RFID标签天线进行优化设计，得到频段为3.8GHz的RFID标签天线；
S2.制备介质基板
S201.选用纸基板作为柔性基底，以银粒子墨水作为导电层，采取单点喷墨的喷墨打印机喷墨的方式在纸基板上进行喷墨，刻画所需贴片单元的形状；
其中，所述纸基板为双面铜版纸；
S202.将得到的介质基板放入烘干箱中120℃干燥30min，使其发生烧结，得到介质基板；
S3.测试RFID标签天线的谐振频率
S301.使用矢量网络分析仪测试以上所制备的RFID标签天线的谐振频率，然后和仿真结果对比；
通过矢量网络分析仪进行发射和接收信号，通过发射信号到RFID标签天线上然后反射的信号被矢量网络分析仪接收，并显示其谐振频率结果，实测-仿真对比结果如图5所示，通过图5可以看出：图5显示的是对湿度检测标签的实测和仿真的对比图，可以看出，实测曲线相对于仿真曲线向左发生偏移，这是由于在非理想条件下进行的，且制作工艺的精确度也会影响谐振频率；
S302.根据S301的对比结果，对RFID标签天线进行优化
具体为通过增加喷墨打印次数对RFID标签天线进行优化，若实测结果大于3.8GHz，考虑增加一次打印次数；若实测结果小于3.8GHz，则考虑减少一次喷墨打印次数；
第二部分：制备SnO2/G(氧化锡/石墨烯)湿敏材料
S4.制备SnO2/G湿敏材料
S401.准备药品，制备前准备好二水合氯化亚锡(SnCl2·2H2O)和氢氧化钠(NaOH)，由于氢氧化钾的存在会使得制备的前驱液呈碱性，因此需要加入乙酸锌调节溶液的pH值，同时还具有修饰SnO2的形貌的作用；
S402.制备反应溶液，分别称取0.45g的二水合氯化亚锡，0.6g的氢氧化钠以及0.05g的乙酸锌，同时，将15mL无水乙醇加入到15mL去离子水中配制混合溶液；
S403.将称取的药品边搅拌边加入到配置好的溶液中，接着将盛有溶液的烧杯放入到超声清洗机中超声5min以加速药品的溶解，最后使用磁力搅拌仪对溶液进行搅拌操作，磁力搅拌10min后可以观察到溶液呈乳白色，则反应溶液制备完成；
S404.将上述获得的溶液转移到容量为50mL的聚四氟乙烯为内衬的不锈钢高压反应釜中，在180℃条件下反应24小时；
S405.关闭烘干箱，取出反应釜并放置于通风处加速其冷却，冷却到室温时，将反应产物取出，并用无水乙醇和去离子水对生成的白色沉淀物先后轮流清洗三次；
S406.将清洗干净的产物保持60℃环境中12小时，制备完成所需SnO2白色粉末；
S407.将制得的SnO2白色粉末与石墨烯(G)进行掺杂，得到SnO2/G湿敏材料。
S5.检测SnO2/G湿敏材料的感湿特性
S501.对湿敏材料进行SEM、TEM、XRD、XPS表征；
SEM检测图像如图6-9所示，通过图6-9可以看出：图6-9是不同倍率下的SEM图像，可以看出，SnO2近似于球状，而且直径较小；而石墨烯(G)是片状物质，两种物质掺杂之后表现出更大的表面积，具有更好的吸湿性能；
TEM检测图像如图10-13所示，图10-13是不同倍率下的TEM图像，也可以看出SnO2近似于球状，而石墨烯(G)呈片状，从而验证了SEM图像所表示出来的材料形貌；XRD检测图像如图14所示，通过图14可以看出：图14可以看出，湿敏材料的晶格结构，XRD表明成功合成了SnO2/G样品，且除了主要样品外，并没有观察到其他杂质的结晶相出现；XPS检测图像如图15-18所示，通过图15-18可以看出：图15是湿敏材料的全谱图，可以看出只含有Sn、O、C三种元素，证明不含有其他杂质。图16-18分别是Sn、O、C三种元素的单元素高清谱图，可以看出其价态情况，再次证明合成了SnO2/G湿敏材料；
即可以得到，本实施例所制备得到的湿敏材料的SEM、TEM、XRD、XPS表征符合要求；
S502.利用湿敏材料制备叉指电容式湿度传感器，并测试其灵敏度、响应特性、迟滞性和重复性，验证其湿敏材料的感湿特性；
测试结果如图19-23所示，通过图19-23可以看出：图19是不同湿度情况下的灵敏度曲线，可以看出，随着湿度的增加，电容值逐渐减小，且在湿度环境转换以后的几秒钟后，保持动态平衡；图20是响应时间和恢复时间曲线，可以看出，响应时间为13s，恢复时间会11.5s，且很快的达到动态平衡的状态，表明响应快，恢复时间短；图21是迟滞性测试曲线，可以看出涂覆SnO2/G湿度传感器电极的电容在上行吸附水汽和下行脱附水汽的过程中都发生了规律性变化，都与湿度呈正相关关系，两条曲线重合度较高，在相对湿度11％环境下，有最大差值，最大迟滞值为5.37％，表明湿度迟滞性较小，传感器性能较好；图22-23分别是57％和75％相对湿度情况下的重复性测试，可以看出，在相同的湿度情况下，除了相对湿度为0％RH时相似度差外，在57％RH和75％RH湿度环境中，输出值上保持高度相似。通过分析实验结果，我们可以得出结论，SnO2/G湿度传感器在经过多次测试后，具有一定的良好重复性；
第三部分：无源无芯片RFID湿度检测标签的一体化设计
S6.RFID湿度检测标签一体化设计
S601.在所制得的RFID标签天线和SnO2/G湿敏材料的基础上，首先，微米级微量注射器吸取适量湿敏材料的酒精溶液，将湿敏材料的酒精溶液以每次滴涂2μL的滴量均匀的涂覆到RFID标签天线的湿度感知区，然后在60℃加热一分钟，反复10次，得到检测标签；
S602.然后将步骤S601得到的检测标签放在60℃条件下干燥20min，从而得到所需的检测标签；
S7.对RFID湿度检测标签进行湿度标定校准
使用矢量网络分析仪测量不同湿度下的谐振频率，并用探空仪进行湿度标定；使用探空仪可以更加精确的测量出相对湿度值，从而给所制备的RFID湿度检测标签标定数值，即不同湿度环境对应不同的谐振频率；
S8.重复步骤S7，进行多次校准，得到RFID湿度检测标签的湿度敏感特性曲线如图24和图25所示，得到较为精准的测量结果，完成RFID湿度检测标签的制作。
优选的，通过上述制备方法得到的无源无芯片RFID湿度检测标签包括标签贴片单元2、金属地板5和介质基板1，
所述金属地板5设置在介质基板1的下侧，且在介质基板1上喷射有银粒子导电层；
所述标签贴片单元2为RFID标签天线，位于所述介质基板1的上表面，且在两个对称设置的标签贴片单元的金属间隙填涂上湿度敏感材料形成湿度敏感材料涂覆区3。
优选的，所述的银粒子导电层设置在介质基板的上表面，包括一个长方形窄带、四个U形凹槽和两个L形长条，其中两个大的U形凹槽两侧对称设置有RFID标签天线，且两个RFID标签天线之间为湿度敏感材料涂覆区，所述长方形窄带4设置在介质基板的正中心位置，长度和介质基板的最长边等长，且在长方形窄带两侧对称设置有结构相同的贴片单元。
优选的，所述的介质基板1为双面铜版纸。
优选的，在标签上除了湿度传感区和长条状的微带线之外，剩余的L型和U型谐振器，谐振器存在编码为“1”，不存在编码为“0”；同时，湿度传感区的谐振器编码为“1”，因此，存在着“100”、“110”、“101”、“111”四种编码状态，使得本检测标签具有一定的编码能力。
优选的，本实施例所述的上述无源无芯片RFID湿度检测标签的相关原理和效果为：
(1)本实施例涉及的纸质介质基板和SnO2/G湿敏材料都具有感湿性能，两种结合时会使得感湿性能提升；
(2)根据材料的物理化学性质的差异性，可将湿敏材料进行如下分类：半导体，聚合物薄膜，石墨烯及其衍生物以及陶瓷材料；然而在实验室测试和实际应用中，发现单一的湿度敏感材料表现出来有限的湿度感知性能，经过掺杂不同的材料后，使得材料性能优势互补，表现出更好的性能；同时当采用石墨烯衍生物和半导体材料掺杂的方式制备所需要的湿敏材料；如SnO2，In2O3，ZnO和MoS2等金属氧化物均属于宽带隙半导体材料；当单一的半导体材料作为湿度敏感材料时，由于自由电子和空穴较少，流动性较差，从而趋向于绝缘状态，表现出较差的湿度感知性能；
因此在经上述实验验证后，发现环境中的水会以分子和羟基的式样附着在半导体材料的分子间隙里；由于化学键和羟基的存在从而改变电子传输，增加N型半导体材料的导电性，或者降低P型半导体材料的导电性；因此本实施例使用石墨烯(graphene，G)和氧化锡(SnO2)掺杂制备湿敏材料，不仅具有石墨烯的一些优良特性，而且拥有较宽的带隙；而且材料中锡原子以Sn4+形式存在，表明二氧化锡处于较为稳定的状态，因此，SnO2/G湿敏材料具有良好的感湿性能；
(3)由于湿敏材料在不同的湿度情况下，水分子吸附到湿敏材料表面，改变了材料的介电常数，而且纸基板的介电常数也会发生一定变化；从而RFID标签检测标签的谐振频率会在水分子的吸附下，向左发生偏移，从偏移量上可以量化出湿度值的大小。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种无源无芯片RFID湿度检测标签的制备方法，其特征在于：包括步骤
S1.设计和制备RFID标签天线，并对RFID标签天线进行仿真测试；
S2.选用纸基板作为柔性基底，制备介质基板；
S3.对RFID标签天线的谐振频率进行测试；
S4.制备SnO2/G湿敏材料；
S5.检测SnO2/G湿敏材料的感湿特性；
S6.在RFID标签天线和SnO2/G湿敏材料的基础上，设计RFID湿度检测标签；
S7.对RFID湿度检测标签进行湿度标定校准；
S8.重复步骤S7，进行多次校准，完成RFID湿度检测标签的制作。
2.根据权利要求1所述的一种无源无芯片RFID湿度检测标签的制备方法，其特征在于：步骤S1所述的RFID标签天线的制备过程包括
S101.采用单点喷墨的喷墨打印技术制备RFID标签天线，反复打印15次，形成50μm的谐振器导电层；
S102.然后使用电磁仿真软件HFSS进行仿真测试，在HFSS软件是建模，绘制出RFID标签天线的模型图，并进行仿真测试，验证可行性；
S103.根据检测结果，并重复-步骤S101和S102对RFID标签天线进行优化设计，得到频段为3.8GHz的RFID标签天线。
3.根据权利要求1所述的一种无源无芯片RFID湿度检测标签的制备方法，其特征在于：步骤S2所述的介质基板的制备过程包括
S201.选用纸基板作为柔性基底，以银粒子墨水作为导电层，采取单点喷墨的喷墨打印机喷墨的方式在纸基板上进行喷墨，刻画所需贴片单元的形状；
其中，所述纸基板为双面铜版纸；
S202.将得到的介质基板放入烘干箱中120℃干燥30min，使其发生烧结，得到介质基板。
4.根据权利要求1所述的一种无源无芯片RFID湿度检测标签的制备方法，其特征在于：步骤S3所述的RFID标签天线的谐振频率测试过程包括
S301.使用矢量网络分析仪测试以上所制备的RFID标签天线的谐振频率，然后和仿真结果对比；
S302.根据S301的对比结果，若实测结果大于3.8GHz，增加一次打印次数；若实测结果小于3.8GHz，则减少一次喷墨打印次数。
5.根据权利要求1所述的一种无源无芯片RFID湿度检测标签的制备方法，其特征在于：步骤S4所述的SnO2/G湿敏材料的制备过程包括
S401.制备前准备好二水合氯化亚锡、氢氧化钠和乙酸锌调节溶液；
S402.分别称取0.45g的二水合氯化亚锡，0.6g的氢氧化钠以及0.05g的乙酸锌，同时，将15mL无水乙醇加入到15mL去离子水中配制混合溶液；
S403.将称取的药品边搅拌边加入到配置好的溶液中，接着将盛有溶液的烧杯放入到超声清洗机中超声5min，最后使用磁力搅拌仪对溶液进行搅拌操作，磁力搅拌10min后可以观察到溶液呈乳白色，则反应溶液制备完成；
S404.将步骤S403获得的溶液转移到容量为50mL的聚四氟乙烯为内衬的不锈钢高压反应釜中，在180℃条件下反应24小时；
S405.关闭烘干箱，取出反应釜并放置于通风处加速其冷却，冷却到室温时，将反应产物取出，并用无水乙醇和去离子水对生成的白色沉淀物先后轮流清洗三次；
S406.将清洗干净的产物保持60℃环境中12小时，制备完成所需SnO2白色粉末；
S407.将制得的SnO2白色粉末与石墨烯(G)进行掺杂，得到SnO2/G湿敏材料。
6.根据权利要求1所述的一种无源无芯片RFID湿度检测标签的制备方法，其特征在于：步骤S5所述的SnO2/G湿敏材料的感湿特性的检测过程包括
S501.对湿敏材料进行SEM、TEM、XRD、XPS表征；
S502.利用湿敏材料制备叉指电容式湿度传感器，并测试其灵敏度、响应特性、迟滞性和重复性。
7.根据权利要求1所述的一种无源无芯片RFID湿度检测标签的制备方法，其特征在于：步骤S6所述的RFID湿度检测标签一体化设计过程包括
S601.在所制得的RFID标签天线和SnO2/G湿敏材料的基础上，利用微米级微量注射器吸取适量湿敏材料的酒精溶液，将湿敏材料的酒精溶液以每次滴涂2μL的滴量均匀的涂覆到RFID标签天线的湿度感知区，然后在60℃加热一分钟，反复10次，得到检测标签；
S602.然后将步骤S601得到的检测标签放在60℃条件下干燥20min，从而得到所需的检测标签。
8.根据权利要求1所述的一种无源无芯片RFID湿度检测标签的制备方法，其特征在于：步骤S7所述的对RFID湿度检测标签进行湿度标定校准的过程包括
使用矢量网络分析仪测量不同湿度下的谐振频率，并用探空仪进行湿度标定。
9.利用如权利要求1所述的制备方法制备得到一种无源无芯片RFID湿度检测标签，其特征在于：所述的无源无芯片RFID湿度检测标签包括标签贴片单元、金属地板和介质基板；
所述金属地板设置在介质基板的下侧，且在介质基板喷射有银粒子导电层；
所述标签贴片单元为RFID标签天线，位于所述介质基板的上表面，且在两个对称设置的标签贴片单元的金属间隙填涂上湿度敏感材料形成湿度敏感材料涂覆区。
10.根据权利要求9所述的一种无源无芯片RFID湿度检测标签，其特征在于：所述的银粒子导电层设置在介质基板的上表面，包括一个长方形窄带、四个U形凹槽和两个L形长条，其中两个大的U形凹槽两侧对称设置有RFID标签天线，且两个RFID标签天线之间为湿度敏感材料涂覆区，所述长方形窄带设置在介质基板的正中心位置，长度和介质基板的最长边等长，且在长方形窄带两侧对称设置有结构相同的贴片单元。
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