臺灣博碩士論文加值系統

雖然RFID系統已成功的應用在我們的日常生活中，但RFID系統有其有限的應用範圍，當Tag是貼附在金屬版面上時，就很有可能發生Reader接收不到的現象，大大縮減應用範圍。但如果能透過一種吸波材料來阻隔金屬表面的反射，打破金屬物干擾間隔閡，對於RFID的應用範圍的提升必定大有幫助。本研究利用高分子混摻法(polymer blending Method)，將聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol)做為膠黏劑混合吸波材，製備成具有電磁波吸收效能之PVA複合薄膜。藉由導電性填充物和導磁性填充物將電磁波轉換成熱消散掉。透過塗佈方式製備出導電性及導磁性複合薄膜。依據美國材料工程協會(ASTM 4935-99)標準規範所訂定同軸導波管法配合安捷倫網路分析儀(300kHz~3GHz)之方式檢測電磁波吸波材之吸收效益。
研究結果顯示在厚度0.25mm以導磁性複合材Fe2O3(15% vol.)+CI(10% vol.)和導電性複合材石墨(15% vol.)+CI(10% vol.)於UHF RFID頻段922MHz~928MHz皆有90%之電磁波吸收效益，且隨著厚度增加至1mm可再提升至95%；並且配合HFSS模擬當標籤貼附吸波材於金屬表面，電場及磁場分佈情形可使天線接收到訊號，再透過實際量測RFID有效讀取距離，量測顯示出兩種高達95%吸收效益之導電性及導磁性複合材料，讀取距離相對也比較遠可達到780 mm及800 mm，證明電磁波吸收效益越高可使RFID標籤有效讀取距離越遠。最後在以節省吸波材成本為前提下，訂定出最佳吸波材尺寸大小，導磁性複合材為(120 mm × 50 mm)，而導電性複合材為(140 mm × 60 mm)。

Although RFID systems have been successfully applied in our daily lives, but it’s limited range of applications. When Tag affixed to the metal version of the surface, it is very possible the phenomenon of signal reception not significantly reduce the scope of application. If the metal surface through the absorbing material blocking the reflection of electromagnetic wave(EMW), interference to break the metal to enhance the application of RFID will be useful. Use of polymer blending Method to Polyvinyl Alcohol (PVA) as a mixed-adhesive absorbent was prepared with the absorption of EMW performance of PVA composite films. Use of conductive filler body impedance of free electrons accelerated in the EM field to the resistance of materials under the collision to stop and generate heat within the lattice to consume EMW. Permeability filler because the magnetic field generated by the hysteresis effect of spin into heat, so that EMW absorbing material is dispersed to the inside. According to the American Materials Engineering Society (ASTM 4935-99) testing standards set the absorption efficiency of EMW absorbing materials.
It shows that permeable composite film Fe2O3(15% vol.)+CI(10% vol.) and conductive composite film graphite(15% vol.)+CI(10% vol.) at 0.25mm possess 90% electromagnetic absorption under UHF, and it can be raised by 5% as thickness increases to 1mm. At the meantime, HFSS is introduced here to simulate the electromagnetic field as RFID tag applied to metal material, then practical reading distance of permeable composite film and conductive composite film are measured respectively. The result of conductive composite film is 780mm and permeable composite film is 800mm. It can be proven that materials with better electromagnetic absorption could resist the interference of metal material. So, based on the cost basis, the dimensions of absorption materials are 120mm×50mm and 140mm×60mm, permeable composite film and conductive composite film respectively.

中文摘要 ii
ABSTRACT iii
誌謝 v
目錄 vi
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 研究動機 3
1.3 文獻回顧 4
1.3.1 電磁波 4
1.3.2 RFID 5
第二章 基本理論 7
2.1 電磁波產生之原理 7
2.2 能量場之特性 7
2.3 電磁屏蔽理論 8
2.3.1 反射損失 10
2.3.2 吸收損失 11
2.3.3 多重反射損失 13
2.4 電磁波吸收原理 13
2.5 吸收電磁波方式 16
2.5.1 導電損失 17
2.5.2 導磁損失 17
2.5.3 介電損失 18
2.6 電磁波吸收材料的選擇 18
2.6.1 導電性高分子複合吸波材 18
2.6.2 導磁性高分子複合吸波材 21
2.7 屏蔽材料與吸波特性的測試 23
2.7.1 駐波量測線法 23
2.7.2 場強計法 23
2.7.3 網路分析儀法 24
2.8 HFSS模擬分析 25
2.9流體特性與均勻塗佈之間的關係 25
2.9.1 流體的分類 26
2.9.2 塗佈方式 26
2.10 RFID操作頻段及應用範圍 29
第三章 實驗方法與步驟 31
3.1 實驗材料 31
3.1.1 水性聚乙烯醇 31
3.1.2 增稠劑 31
3.1.3 氧化鐵粉 31
3.1.4 石墨粉 32
3.1.5 氧化鋅粉 32
3.1.6 羰基鐵粉 32
3.2 實驗設備 32
3.2.1 網路分析儀 32
3.2.2 同軸導波管 33
3.2.3 同軸傳輸線 33
3.2.4 轉接頭 34
3.2.5 塗佈棒 34
3.2.6 電磁波測試之標準試片樣式 35
3.2.7 XRD繞射分析 35
3.2.8 拉曼光譜分析 36
3.2.9 RFID 37
3.3 實驗流程 38
3.3.1 製備複合薄膜之流程圖 38
3.3.2 HFSS模擬程序 39
3.3.3 電磁波檢測系統平台 41
3.3.4 RFID量測系統流程 42
第四章 結果與討論 45
4.1 HFSS模擬電磁場分佈情況 45
4.2 X-ray繞射分析儀 (XRD) 52
4.2.1 氧化鐵(Fe2O3) XRD 繞射分析 52
4.2.2 石墨(Graphite) XRD 繞射分析 53
4.2.3 氧化鋅(ZnO) XRD 繞射分析 54
4.2.4 羰基鐵(CI) XRD 繞射分析 55
4.3 拉曼光譜分析 56
4.3.1 氧化鐵(Fe2O3) Raman光譜分析 56
4.3.2 石墨(Graphite) Raman光譜分析 57
4.3.3 氧化鋅(ZnO) Raman光譜分析 58
4.4 PVA溶液黏度測試 58
4.5 複合薄膜對電磁波吸收之探討 60
4.5.1 粉體填充量對PVA複合薄膜電磁波吸收之影響 60
4.6.3 複合材料對PVA複合薄膜電磁波吸收之影響 65
4.6.4 複合材料厚度對PVA複合薄膜電磁波吸收之影響 68
4.7 RFID 標籤之有效讀取距離探討 75
4.7.1 電磁波吸收材尺寸大小對量測讀取距離之影響 76
4.8 與現行市面已販售之吸波材做讀取距離比較 88
第五章 結論 89
參考文獻 91

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