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未来物联网的基石:有机RFID

时间:2012-10-06 18:15:28来源:物联网在线 作者:IOTer 点击:
有机RFID标签由分层导电和非导电材料制成——如塑料,这种方法也可以生产出硅集成电路。有机RFID标签的工作原理、结构、功能及频谱划分等与无机RFID相比并没有太大的区别,二者主要的区别在于材料和加工工艺的不同。

有机RFID是有机半导体和RFID技术结合的产物,是未来物联网(internet of things)的基石。

有机RFID标签由分层导电和非导电材料制成——如塑料,这种方法也可以生产出硅集成电路。有机RFID标签的工作原理、结构、功能及频谱划分等与无机RFID相比并没有太大的区别,二者主要的区别在于材料和加工工艺的不同。

无机RFID标签的芯片部分需要通过复杂及昂贵的IC工艺在硅片上制备出来,然后再与天线部分集成在一起构成完整的标签。而有机RFID标签无需放在昂贵的清洁室中的超纯硅垫片上,它可以使用一种类似目前高速的多色印刷机的装置印制出来。因为采用了印刷电子技术,有机薄膜晶体管能够使电路制备在便宜的塑料基底上,通过卷对卷(R2R)印刷技术批量生产有机RFID标签,这不仅能减少成本,而且标签本身会有更多的弹性(弹性主要取决于特定的“油墨”成分)。

目前有机RFID标签芯片制造的原料主要集中在CMOS(补金属氧化物半导体)上。根据网络百科全书,CMOS技术的一个显着特点是“CMOS由PMOS管和NMOS管共同构成,它的特点是低功耗。由于CMOS中一对MOS组成的门电路在瞬间要么PMOS导通、要么NMOS导通、要么都截至,任何特定时间内只有一个电路类型在运转,比线性的三极管(BJT)效率要高得多,因此功耗很低。而考虑到RFID标签所需的能量,很显然使用有机RFID标签能降低功耗。

2006年,德国PolyICGmbH&Co.KG开发出了使用印刷和卷对卷技术生产的有机无线射频识别标签,为数据保存集成了8位RFID标签,集成了数百个有机晶体管,有机晶体管使用的半导体为Poly-3-alkylthiophene(P3AT)。2007年6月,PolyIC又开发出32位和64位存储的有机RFID标签,工作频率13.56MHz。目前,得到最充分开发的有机RFID标签的工作频率都在13.56MHz(高频)。迄今为止还没有关于在UHF频段的有机标签报告。

读取速度历来是有机RFID标签所面临的问题,PolyIC公司所做的标签报告声称其标签最大的速度是196Hz。显然,有机RFID标签在速度上并不占优势。

从好的方面来说,虽然标签的内存历来都极为有限,但是目前的几代有机RFID标签(包括现有的或正在研发的)都能支持至少96bit的EPCglobal数据,而且将来还会拥有更多的内存。最近,比利时IMEC与荷兰HolstCentre在ISSCC上发布了128bit的“有机RFID转换器芯片”技术。尽管“性能指标尚未达到实用水平”,但已经具备RFID所需要的大部分功能,是有机电子学迈出的重要一步。

除了速度和内存问题外,值得注意的是最近5年来一些学者一直声称,有机RFID标签技术将永远无法实现接近13.56MHz时的性能。迄今为止有机RFID标签只能用于品牌保护和票证,尚不适合复杂的库存管理。为了满足那些它们最适合的应用的要求,有机器件还必须更进一步。

不过,PolyIC制作完成有机无线射频识别标签10个月后发现产品的特性仍未出现下降。因此,该公司认为这种无线标签能够确保1年以上的元件寿命。

有机RFID标签给开环系统带来的潜在效益

RFID在开环系统应用中的一个比较明显的限制就是标签一次性使用的要求。目前使用的硅芯片,在制造的时候需要非常昂贵的技术,而硅芯片的使用也会相应增加标签的成本。

以硅为基础的无机RFID产品的读/写速度、性能和使用寿命在许多应用中是必要的,但在其他的应用中可能没那么重要——这也正是低成本的有机RFID标签可以发挥积极作用的地方。

有机RFID标签的成本只有今天所用的无机RFID标签成本的一小部分,据NatureMaterialsCommentary杂志报导,全有机的RFID标签成本将降至每枚0.01~0.02美元。毫无疑问,使用有机RFID标签将提高投资回报率,并且在需要给更多的商品贴标时会更划算。

此外,因为标签在处理、印刷、剥片或应用的过程中可能被弯折,所以有机RFID标签的平滑性和灵活性非常适合印刷技术的各种需求。

对许多应用来讲,有机RFID标签的“使用寿命”的确有限;但是对一些比较新鲜的农产品或其他本身寿命就很短的产品来说,这一使用寿命也是够长的。

有机RFID标签带来的潜在隐私保护效益

或许有机RFID标签更重要的的好处是其有限的使用寿命。对于许多贴有RFID标签的消费品来说,RFID标签只是用于库存、POS机及产品退货,所以也不需要特别长的使用寿命。

因为在服装、鞋类及配件中都会用到一些永久性使用的RFID标签,所以消费者都非常关注自己的隐私安全问题。而有机RFID标签,可以在指定的时间内停止其运作,这样就消除了消费者的顾虑。

鞋上贴有RFID标签,往往会受到起隐私权倡导者的指摘,而如果把有机RFID标签贴在鞋子上,则鞋子穿破之后这些标签也会立即降解。服装上贴有的标签经过洗涤或干洗,也会很快降解而停止运作。

其实有机RFID标签更低的成本已经让消费者得到一个信号:标签不会永久性运作。正如消费者不愿相信企业(或政府)声称RFID标签会准确无误地读取一样。许多消费者认为,企业只会做最适合底线的事情。或许只有声称“使用有机RFID标签会节省开支”更能赢得消费者的信任,因为降低成本是消费者理解和信任的一个动机。

有机RFID将成为未来主导各行业信息处理的关键技术

目前世界各国都认为有机RFID市场前景巨大。至于技术的发展,目前全球都还在探索阶段。各国家、地区和机构纷纷加大研发力度,比如美国OrganicID、IBM、德国PolyIC、比利时IMEC等。另据研究表明,2012年有机RFID市场将达到45亿美元。2015年,使用有机电路的RFID市场规模将达到116亿美元。

目前,国外已经出现了采用有机RFID标签的应用。欧美各国宣称,有机RFID技术将很快走出实验室,进入市场,与无机RFID相媲美。虽然有机RFID标签可能永远达不到无机RFID标签所具有的速度和性能,虽然就目前的发展状况来看,有机RFID标签有多种应用不适合,虽然近期还是以无机RFID技术发展为主,但从长远发展看,有机RFID有可能成为未来主导各行业信息处理的关键技术之一。除了欧美等发达国家外,亚洲的新加坡及韩国都已明确指出要重点发展有机电子标签技术及应用等项目。

目前国内多数企业一直处于观望状态,虽然已经开始尝试无机RFID在一些领域的应用示范,但在技术基础方面仍然落后于欧美各国,加之标准待确立和产业基础薄弱,诸多因素制约着RFID技术在中国这个世界最具潜力的消费市场中的规模化运行。

如果对有机RFID的研究及应用还迟迟没有动作,那么在未来崛起的有机RFID产业里国内企业又必将落后于欧美、日韩和新加坡等国。所以,只有在快要占领市场的有机RFID技术方面尽早投入,将来才可能分得一杯羹。

(责任编辑:Ioter)
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