基于印刷電子的智能包裝研究與應(yīng)用

引言

隨著“中國(guó)制造2025”、 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等不斷融合到制造業(yè)中， 我國(guó)制造業(yè)的信息化、 智能化水平不斷提高， 而作為服務(wù)制造業(yè)的包裝產(chǎn)業(yè)， 不僅可為工業(yè)產(chǎn)品提供安全防護(hù)、 方便運(yùn)輸?shù)龋?還可通過(guò)信息化、 智能化的包裝技術(shù)， 使包裝具備信息傳輸、 數(shù)據(jù)歸集、 全程追蹤等功能， 與制造業(yè)聯(lián)合建立起新型工業(yè)制造系統(tǒng)。在《中國(guó)包裝工業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》 [1]、《關(guān)于加快我國(guó)包裝產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》 [2]中明確指出：著力發(fā)展智能包裝商品， 推進(jìn)智能包裝一體化發(fā)展， 提升包裝信息化、 智能化水平， 包裝智能化發(fā)展成為包裝行業(yè)新的發(fā)展方向和機(jī)遇。

智能包裝是指在包裝基礎(chǔ)功能上， 運(yùn)用化學(xué)、 物理、 電子信息、 材料、 通信等技術(shù)， 對(duì)包裝及內(nèi)裝物在流通全過(guò)程的控制、 記錄、 識(shí)別等[3]， 使包裝在傳統(tǒng)保護(hù)產(chǎn)品、 方便運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)上， 具有信息數(shù)據(jù)傳輸、 記錄、 感知、交互等功能， 有效擴(kuò)展、 外延包裝產(chǎn)品功能。智能包裝實(shí)現(xiàn)以上功能主要是通過(guò)二維碼、 RFID標(biāo)簽等， 近年來(lái)，隨著印刷電子技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展， 將印刷電子應(yīng)用到智能包裝中研究也不斷深入。印刷電子是指利用傳統(tǒng)印刷技術(shù)， 通過(guò)印刷方法制造電子器件或電路， 具有柔性化、 個(gè)性化、 低成本、 綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[4-6]。結(jié)合印刷電子技術(shù)的智能包裝產(chǎn)品， 主要是利用印刷電子技術(shù)制作標(biāo)簽、傳感器等，然后通過(guò)貼片等方式添加到包裝材料上，使包裝能夠記錄或反饋物流、 位置、 防偽等信息[7-9]， 實(shí)現(xiàn)與使用者互動(dòng)， 或者增加可觀賞性、 與其他同類(lèi)產(chǎn)品形成差異化等。目前，印刷電子智能包裝正在逐步成為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。

本文在分析總結(jié)智能包裝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)基礎(chǔ)上， 對(duì)現(xiàn)有智能包裝技術(shù)進(jìn)行全面解析， 結(jié)合新興的柔性印刷電子技術(shù)， 重點(diǎn)分析印刷電子在智能包裝應(yīng)用及研究進(jìn)展， 以期對(duì)智能包裝、 印刷電子技術(shù)的研究和應(yīng)用提供參考和啟示。

1、智能包裝

1.1

智能包裝系統(tǒng)

但隨著大數(shù)據(jù)、智能化時(shí)代的來(lái)臨，人們希望商品流通過(guò)程也更加數(shù)據(jù)化、智能化，因此將通信技術(shù)、電子信息技術(shù)、 智能材料等逐步應(yīng)用到包裝產(chǎn)品中， 從而形成智能包裝系統(tǒng)[10]。智能包裝融合了通信工程、 包裝工程、印刷工程、生物學(xué)、物理學(xué)、電子信息、化學(xué)、材料等多學(xué)科，通過(guò)多學(xué)科技術(shù)有機(jī)融合，賦予包裝產(chǎn)品感知、通訊、記錄、交互、追蹤等，通過(guò)信息化手段持續(xù)跟蹤、實(shí)時(shí)反饋、記錄包裝流通全鏈條的信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)更好的產(chǎn)品保護(hù)、 方便運(yùn)輸流通， 并利用收集、 記錄的數(shù)據(jù)信息[11-12]。智能包裝實(shí)現(xiàn)包裝信息功能的有效擴(kuò)展和延伸，其核心是數(shù)據(jù)信息的傳遞和交流，通過(guò)賦予包裝智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從原材料供應(yīng)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品包裝、物流配送、消費(fèi)和包裝廢棄物回收利用等全過(guò)程的信息感知、儲(chǔ)存、傳遞、反饋等。

根據(jù)智能包裝技術(shù)及信息傳遞的特性， Yam等[13]提出智能包裝系統(tǒng)框架，該系統(tǒng)以食品供應(yīng)鏈為基礎(chǔ)，整個(gè)系統(tǒng)由智能包裝組件、包裝數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、供應(yīng)鏈通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。因此，智能包裝系統(tǒng)大致可分為感知層、 通信層和服務(wù)層[14]， 感知層利用智能包裝組件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取、 傳輸和交流;通信層負(fù)責(zé)信息數(shù)據(jù)持續(xù)跟蹤、實(shí)時(shí)反饋和產(chǎn)品數(shù)據(jù)化分析;應(yīng)用層則為產(chǎn)品流通、包裝內(nèi)部和外部環(huán)境監(jiān)控提供決策支持。具體示意圖如圖2所示。

1.2

智能包裝分類(lèi)

根據(jù)使用技術(shù)不同，智能包裝可分為功能材料型、功能結(jié)構(gòu)型及信息型三種。

功能材料型智能包裝

在功能材料型智能包裝研究方面，許文才[15]、胡興軍[16]、柯勝海[17]等指出：通過(guò)將具有氣味敏感、溫度變化敏感、光電感知的功能材料融合到包裝中，使包裝對(duì)外部環(huán)境變化具備感知和識(shí)別功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)包裝內(nèi)容物溫度、濕度、密封性等有效監(jiān)控;石巖[18]指出具有溫敏、濕敏、氣敏等功能智能包裝材料，不僅是作為包裝的主體材料，在包裝輔助材料中，也可以將功能型材料加入其中，形成智能油墨、智能涂料、智能膠粘劑;嚴(yán)純?nèi)A等[19]將智能溫敏變色材料應(yīng)用到食品包裝中，提出一種可實(shí)時(shí)指示食品變質(zhì)的智能變色標(biāo)簽，通過(guò)不同標(biāo)簽顏色顯示包裝食品的新鮮度，當(dāng)食品保存溫度或保質(zhì)期超出規(guī)定時(shí)，則可以通過(guò)標(biāo)簽顏色實(shí)時(shí)直觀顯示;柯勝海[20]對(duì)智能發(fā)光包裝展開(kāi)研究，則通過(guò)采用具有發(fā)光包裝材料，使包裝產(chǎn)品在不同的使用環(huán)境下，具有更加豐富的包裝視覺(jué)表現(xiàn)，增加產(chǎn)品表現(xiàn)力;Yildirim等[21]則采用具有抗菌型、氧氣去除型等功能的活性包裝技術(shù)， 使包裝在特定條件下，延長(zhǎng)產(chǎn)品保質(zhì)期，改善食品安全性和感官特性，同時(shí)保持食品品質(zhì)不變;尚咪[22]、劉麗[23]、謝智暉[24]等人則對(duì)功能材料在包裝防偽、導(dǎo)電油墨等應(yīng)用展開(kāi)研究分析，將智能防偽材料應(yīng)用到包裝產(chǎn)品中，利用光、電、磁等技術(shù)增強(qiáng)包裝防偽效果，從而實(shí)現(xiàn)包裝有效防護(hù)。

功能結(jié)構(gòu)型智能包裝

功能結(jié)構(gòu)型智能包裝是指利用物理結(jié)構(gòu)原理，通過(guò)改變、增加、優(yōu)化部分包裝結(jié)構(gòu)，或從物理構(gòu)造方面設(shè)計(jì)新型功能結(jié)構(gòu)， 使包裝在某些方面具備智能性或特定功能， 增強(qiáng)產(chǎn)品包裝的便捷性、 安全性、 可靠性以及智能性，滿(mǎn)足包裝應(yīng)用商和消費(fèi)者特定、個(gè)性化需要。在功能結(jié)構(gòu)型智能包裝研究方面，王立黨[25]、盧立新[26]等對(duì)兒童藥品安全蓋展開(kāi)研究和設(shè)計(jì)， 通過(guò)創(chuàng)新兒童藥品包裝安全蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 避免兒童誤食藥品情況;通過(guò)改變包裝結(jié)構(gòu)、調(diào)整包裝內(nèi)部構(gòu)造體現(xiàn)包裝的智能化，可實(shí)現(xiàn)包裝自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)加熱、自動(dòng)冷卻。自動(dòng)報(bào)警包裝在包裝底部?jī)?nèi)置報(bào)警系統(tǒng)裝置，當(dāng)食物發(fā)省變質(zhì)脹袋，或外部環(huán)境造成包裝膨脹時(shí)，通過(guò)壓力傳感器啟動(dòng)內(nèi)置報(bào)警裝置，警示食品及包裝出現(xiàn)安全問(wèn)題[10];自動(dòng)加熱包裝則是調(diào)整包裝內(nèi)部構(gòu)造，形成多層次、密封性好的包裝結(jié)構(gòu)，通過(guò)擠壓、釋放不同層中的包裝物發(fā)生簡(jiǎn)單的化學(xué)加熱反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)食品自加熱[27];自動(dòng)冷卻包裝是將干燥劑、冷卻器、蒸發(fā)槽置于包裝內(nèi)部，在底部?jī)?chǔ)藏冷凝反應(yīng)中產(chǎn)生的氣態(tài)水，實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)大幅度降低包裝物溫度。功能結(jié)構(gòu)型智能包裝主要是通過(guò)對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行可控性智能化、功能性設(shè)計(jì)[28], 實(shí)現(xiàn)不同功能性產(chǎn)品的包裝需要。

信息型智能包裝

信息型智能包裝相對(duì)于功能材料型、功能結(jié)構(gòu)型智能包裝，它不需要改變包裝結(jié)構(gòu)或應(yīng)用新型包裝材料，主要是利用電子信息技術(shù)、物理、通信等技術(shù)，在包裝外部或表面增加條形碼、二維碼、 RFID標(biāo)簽、傳感器等，通過(guò)信息和通信技術(shù)顯示、 展現(xiàn)、 傳達(dá)相關(guān)的包裝信息， 并借助包裝信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品存儲(chǔ)、 運(yùn)送、 銷(xiāo)售、回收等全過(guò)程管理[29]。目前信息型智能包裝主要有兩大類(lèi)，一類(lèi)是通過(guò)信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)包裝產(chǎn)品的過(guò)程監(jiān)控及管理，主要是利用二維碼、 RFID、 TTI標(biāo)簽等技術(shù)，如李文瑞等[30]在電商包裝中，利用印刷電子技術(shù)制作微型傳感器應(yīng)用到電商包裝中，將包裝作為流量入口，實(shí)現(xiàn)對(duì)電商產(chǎn)品的跟蹤管理、防偽驗(yàn)證以及監(jiān)控食品運(yùn)輸過(guò)程等，實(shí)現(xiàn)電商包裝的智能化和可視化;將RFID、 NFC等應(yīng)用到包裝中，利用RFID非接觸式識(shí)別、數(shù)據(jù)傳輸和編碼等功能，實(shí)現(xiàn)包裝類(lèi)型、規(guī)格、位置追蹤、防竄貨等數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計(jì)和分析，并可建立智能包裝系統(tǒng)[31];利用圖像特征識(shí)別技術(shù)(如AR、 VR) [32]，通過(guò)移動(dòng)智能終端設(shè)備掃描特定圖像特征，讀取、識(shí)別或感知特定圖像特征中嵌入的信息， 實(shí)現(xiàn)包裝的交互體驗(yàn)、 音頻/視頻互動(dòng)等。另一類(lèi)信息型智能包裝則是利用生物、 化學(xué)、 物理等原理，利用包裝監(jiān)測(cè)、 反饋商品的使用環(huán)境信息及質(zhì)量變化， 如利用物理、 動(dòng)力學(xué)手段監(jiān)測(cè)包裝運(yùn)輸過(guò)程中碰撞、 傾倒、溫濕度及壓力變化，或者利用生物、化學(xué)等方法監(jiān)測(cè)由于環(huán)境變化引起包裝產(chǎn)品變質(zhì)的問(wèn)題。如利用TTI標(biāo)簽監(jiān)測(cè)包裝溫度變化，通過(guò)時(shí)間溫度積累數(shù)據(jù)監(jiān)控、記錄環(huán)境溫度，更好保障食品、藥品運(yùn)輸和保存[33];對(duì)新鮮度要求較高的食品包裝，利用CO2傳感器可監(jiān)測(cè)內(nèi)裝食品的新鮮狀態(tài)[34];對(duì)壓力、震動(dòng)等敏感的包裝，可采用壓力和震動(dòng)傳感包裝，當(dāng)外部條件達(dá)到臨界值時(shí)，發(fā)出警示更好保護(hù)產(chǎn)品[35]。

目前，隨著印刷電子技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)合印刷電子技術(shù)的信息型智能包裝應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。通過(guò)印刷電子技術(shù)， 利用具有導(dǎo)電功能油墨等材料可實(shí)現(xiàn)在紙張、 薄膜、 塑料薄片等多種承印物上， 制造電池、 柔性顯示器、傳感器、射頻識(shí)別標(biāo)簽等，實(shí)現(xiàn)智能包裝的小型化、柔性化，柔性印刷電子技術(shù)將有力推動(dòng)和改變智能包裝的應(yīng)用。江耀曦[36]對(duì)印刷電子學(xué)在智能包裝上的應(yīng)用展開(kāi)分析，通過(guò)印刷電子技術(shù)制作低壓環(huán)保印刷電池、無(wú)源射頻識(shí)別智能包裝等傳感元件，用傳統(tǒng)的印刷方式實(shí)現(xiàn)智能傳感器件的規(guī)模生產(chǎn)制作，使得其在智能包裝行業(yè)有較好的應(yīng)用前景;朱新新[34]則指出結(jié)合印刷電子技術(shù)的智能包裝，體現(xiàn)出優(yōu)異的實(shí)用性，相對(duì)于其他類(lèi)型的智能包裝具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，也為智能包裝注入新活力。

1.3

智能包裝發(fā)展趨勢(shì)

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、 5G技術(shù)的迅速發(fā)展，人類(lèi)的生產(chǎn)生活將進(jìn)入“萬(wàn)物互聯(lián)”時(shí)代，智能數(shù)據(jù)應(yīng)用分析的場(chǎng)景將越來(lái)越普遍，而智能包裝未來(lái)幾年內(nèi)，將隨著5G技術(shù)普及、印刷電子技術(shù)及其相應(yīng)材料、設(shè)備、工藝等的逐漸成熟而迎來(lái)迅猛發(fā)展。融合RFID、印刷電子傳感器、智能材料的智能包裝，不僅可以實(shí)現(xiàn)商品的防偽溯源、防竄貨、互動(dòng)營(yíng)銷(xiāo)、消費(fèi)分析等，通過(guò)建立包裝數(shù)據(jù)化系統(tǒng)，使整個(gè)包裝制造和銷(xiāo)售過(guò)程信息透明化，實(shí)現(xiàn)包裝全過(guò)程可追蹤。未來(lái)一段時(shí)間，智能包裝發(fā)展將主要集中在以下幾方面[37]：

功能性智能包裝：傳統(tǒng)功能性智能包裝在電源、線(xiàn)路、電路板等方面，存在體積大、成本高、包裝嵌入不美觀等缺陷， 而隨著印刷電子技術(shù)的快速發(fā)展， 采用印刷電子技術(shù)的印刷電池、 導(dǎo)電油墨線(xiàn)路、 印刷傳感器、印刷顯示器等，制作智能包裝具有柔性、環(huán)保、體積輕薄、成本低等特點(diǎn)，將極大推動(dòng)功能性智能包裝發(fā)展。

食品、醫(yī)藥智能包裝：結(jié)合印刷電子、生物醫(yī)藥、電子信息、材料技術(shù)、食品保鮮等技術(shù)，研發(fā)針對(duì)食品、醫(yī)藥特定領(lǐng)域的功能性智能包裝。如面向醫(yī)藥領(lǐng)域的吃藥記錄和吃藥時(shí)間提醒醫(yī)藥包裝，采用食品新鮮度指示標(biāo)簽記錄、反饋食品保質(zhì)期的食品包裝等;冷鏈物流包裝利用印刷紙電池、溫度傳感器和RFID標(biāo)簽等，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控物流包裝的溫度和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品溯源追蹤。

具有交互體驗(yàn)智能包裝：將交互體驗(yàn)設(shè)計(jì)和智能包裝技術(shù)進(jìn)行有效融合，使包裝從外觀上及表現(xiàn)形式上，可與消費(fèi)者進(jìn)行互動(dòng)、情感交流，并結(jié)合內(nèi)容定制，使包裝更加貼近消費(fèi)者，獲得消費(fèi)者認(rèn)可。

3D打印智能包裝：利用3D打印技術(shù)，使智能包裝生產(chǎn)制造過(guò)程中的靈活、快速響應(yīng)，縮短智能包裝產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和打樣時(shí)間，降低開(kāi)發(fā)成本。此外， 在智能包裝中集成的功能器件也日益多元化， 包括柔性印刷電子技術(shù)、 碳納米材料技術(shù)、 硅光電技術(shù)、傳感器列陣、 生物傳感技術(shù)等， 可以為智能包裝帶來(lái)更全面的感知功能。隨著納米材料、 云計(jì)算、 大數(shù)據(jù)等發(fā)展，智能包裝的發(fā)展也呈現(xiàn)出多樣性和包容性，從單一功能拓展至多功能，使人機(jī)交互式溝通更為便捷，使得智能包裝更加主動(dòng)地呈現(xiàn)出交互性，未來(lái)智能包裝的發(fā)展將呈現(xiàn)出百花齊放的局面。

2、印刷電子技術(shù)在智能包裝中應(yīng)用

印刷電子技術(shù)是集印刷技術(shù)和電子技術(shù)于一體，采用傳統(tǒng)印刷技術(shù)來(lái)制備電子元器件或電路，是電子制造的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域[38-39]。印刷電子技術(shù)可直接將導(dǎo)電油墨、銀漿等功能性材料通過(guò)印刷、沉積的方式轉(zhuǎn)移到基材上形成指定的圖案和形式，與傳統(tǒng)電子制造技術(shù)相比， 印刷電子為“增材制造”，只需要在對(duì)應(yīng)地方印刷上功能性材料，便可實(shí)現(xiàn)電子器件制作，可有效減少三廢污染。同時(shí)，印刷電子技術(shù)不需要大型的專(zhuān)業(yè)電子制造設(shè)備，對(duì)生產(chǎn)技術(shù)、場(chǎng)地面積、專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員等要求較低，還可利用印刷技術(shù)可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品大規(guī)模和批量化的生產(chǎn)制造，降低生產(chǎn)成本[40-44]。印刷電子技術(shù)的不斷發(fā)展和技術(shù)逐步的提升，也為其在智能包裝中的應(yīng)用提供有力技術(shù)支撐[45]。目前，印刷電子技術(shù)在智能包裝中應(yīng)用主要在印刷紙電池、印刷傳感器和 RFID 印刷等方面。

2.1

印刷紙電池

印刷電池又叫紙電池，是將具有導(dǎo)電特定的油墨印刷在紙張或柔性材料上，形成可以?xún)?chǔ)備電能的電池或電容器。紙電池最早是由華人科學(xué)家張霞昌提出，紙電池以柔性材料為基底，將正負(fù)極、電解質(zhì)、集電極等封裝形成封閉的電化學(xué)體系，通過(guò)電極與外部連接輸送電流[46]。紙電池的提出和發(fā)明，有效避免了傳統(tǒng)電池的重金屬、鋰及堿性氧化物等泄漏的問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)電池小型化、柔性化，現(xiàn)已初步應(yīng)用到微型標(biāo)簽顯示器、智能卡、化妝品包裝等領(lǐng)域。在印刷電池研究方面， 3M 公司與合作者聯(lián)合研發(fā)了銀納米線(xiàn)薄膜，在聚酯薄膜基底上通過(guò)印刷方式獲得銀納米線(xiàn)導(dǎo)電油墨微圖案，該產(chǎn)品具有高柔彈性，可用于制造柔性電極、柔性電池等;Kang 等[47]采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在鋁塑膜上，連續(xù)印刷集流體、活性層、電解質(zhì)層等，制備得到柔性薄膜鋰離子電池;崔屹等[48]以碳納米管為電極，將銀和碳納米管材料組成的特殊墨水印刷到紙張上，通過(guò)電解反應(yīng)產(chǎn)生電流成功制成“紙電池”。

印刷電池的出現(xiàn)，賦予包裝產(chǎn)品新的生命和表現(xiàn)形式，它可作為智能包裝的實(shí)現(xiàn)智能功能的電源，成為智能包裝的源動(dòng)力，將原來(lái)靜態(tài)的包裝產(chǎn)品變成可發(fā)光、發(fā)聲的包裝，豐富包裝表象形式，使普通商品包裝變成智能包裝。同時(shí)，柔性化和微型化的電池，使印刷電池可根據(jù)包裝類(lèi)型、結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品需求實(shí)現(xiàn)定制生產(chǎn)。目前，基于印刷電子的智能包裝主要應(yīng)用有 RFID 標(biāo)簽、傳感器標(biāo)簽、智能防偽標(biāo)簽等。

2.2

印刷傳感器

由于印刷電子具備的綠色環(huán)保、大批量、低成本的特點(diǎn)，隨著印刷電子技術(shù)在設(shè)備、材料和制備工藝方面的不斷進(jìn)步， 也為其應(yīng)用在傳感器制備方面提供良好基礎(chǔ)。采用印刷電子技術(shù)制備傳感器成為印刷電子的重要部分，由于其制備工藝靈活且不受基底材料限制，因此可賦予電容、電阻、電感等傳感器件更多的感知功能。而將傳感器與包裝進(jìn)行有效結(jié)合后，便賦予包裝豐富的感知功能。Bruno 等[49]人則提出一種基于 PET 基底的壓力傳感器，通過(guò)檢測(cè)基底電阻的變化與壓力之間的變化關(guān)系，可感知外界壓力變化情況，可用于監(jiān)測(cè)包裝運(yùn)輸過(guò)程中壓力變化，防止包裝出現(xiàn)損壞;Bing Sun 等[50]對(duì)由聚乙烯氧化物為主的固態(tài)聚合物電解質(zhì)材料組分進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，制備獲得用于監(jiān)測(cè)溫度變化的傳感器，可用于生鮮包裝、水果、牛奶等對(duì)溫度敏感產(chǎn)品包裝中;將導(dǎo)電油墨、生物制劑結(jié)合印刷電極，可制備得到氣味檢測(cè)電化學(xué)傳感器，可用來(lái)檢測(cè)食品是否變質(zhì)等[51]。結(jié)合印刷傳感器技術(shù)，使包裝產(chǎn)品具備感知功能，才能使包裝真正實(shí)現(xiàn)智能化。

2.3

RFID 印刷

RFID是目前應(yīng)用較為廣泛的智能包裝技術(shù)，但是傳統(tǒng)的RFID由于存在明顯的缺陷，導(dǎo)致難以大面積普及和推廣。同時(shí)無(wú)源RFID讀取不便、易受干擾， RFID天線(xiàn)印刷制備復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生大量廢液等污染物，也阻礙RFID在包裝中的應(yīng)用和發(fā)展。而印刷電子技術(shù)的出現(xiàn)和興起，可為RFID提供很好的解決方案。目前，采用絲網(wǎng)印刷和噴墨打印可直接實(shí)現(xiàn)RFID天線(xiàn)印制，印刷紙電池的出現(xiàn)則很好解決無(wú)源RFID在讀取精度、范圍、靈敏度等方面的缺陷。采用印刷電子技術(shù)制備RFID可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)制作，有效降低生產(chǎn)成本，加快其在智能包裝行業(yè)中的應(yīng)用。RFID印刷研究重點(diǎn)主要在導(dǎo)電油墨研究方面， Merilampi等[52]通過(guò)研究獲得一種含聚合物銀導(dǎo)電墨水，在紙質(zhì)基材上具有良好的印刷適性;曹彬等[53]通過(guò)研究制備得到一系列不同銀微粒含量導(dǎo)電油墨，并通過(guò)絲網(wǎng)印刷獲得不同銀含量油墨在相對(duì)應(yīng)條件下的印刷工藝參數(shù)。

目前，基于RFID技術(shù)的智能讀寫(xiě)標(biāo)簽已廣泛應(yīng)用在瓦楞包裝、塑料包裝、食品、藥品、酒類(lèi)等包裝中，在食藥品包裝中，通過(guò)將RFID標(biāo)簽、傳感器、印刷電池等集成在包裝上，可實(shí)時(shí)采集包裝流通過(guò)程中信息，監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量，還可用來(lái)防止假冒和偽造;在酒類(lèi)包裝中，通過(guò)RIFD的定位功能，可有效防止假冒產(chǎn)品和產(chǎn)品竄貨;在瓦楞紙箱和塑料包裝容器中，則可利用RIFD定位、追蹤功能，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品回收和循環(huán)利用。

3、印刷電子智能包裝應(yīng)用實(shí)例

在物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)的進(jìn)一步結(jié)合和發(fā)展，同時(shí)隨著印刷電子技術(shù)及其相應(yīng)的材料、工藝、產(chǎn)品的逐漸成熟，結(jié)合印刷電子技術(shù)在智能包裝呈現(xiàn)出更廣泛的功能，其應(yīng)用情況場(chǎng)景也不斷豐富，具體應(yīng)用實(shí)例如下。

3.1

印刷紙電池在智能包裝中應(yīng)用實(shí)例

基于印刷紙電池技術(shù)的智能包裝，主要是利用微型化、柔性化的紙電池作為動(dòng)力源為包裝提供能源， 使包裝產(chǎn)品在不同應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)不同功能，相關(guān)應(yīng)用實(shí)例如表1所示[37]。

3.2

印刷傳感器在智能包裝中應(yīng)用實(shí)例

印刷傳感器在智能包裝中應(yīng)用，主要是利用傳感器監(jiān)測(cè)包裝產(chǎn)品質(zhì)量，監(jiān)控外部環(huán)境情況、供應(yīng)鏈、運(yùn)輸情況等，使包裝產(chǎn)品具備感知功能，具體應(yīng)用實(shí)例如表2所示[37]。

3.3

RFID在智能包裝中應(yīng)用實(shí)例

RFID/NFC在智能包裝中應(yīng)用，主要是利用其具有的通信、定位和數(shù)據(jù)交換等功能，使其成為智能包裝體系中的感知層， 再集合管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)平臺(tái)， 對(duì)包裝在生產(chǎn)、 倉(cāng)儲(chǔ)、 運(yùn)輸過(guò)程中質(zhì)量信息以及銷(xiāo)售分布等進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)和分析，為產(chǎn)品銷(xiāo)售、生產(chǎn)等提供決策支持，具體應(yīng)用實(shí)例如表3所示[37]。

4、結(jié)語(yǔ)

隨著印刷電子技術(shù)和智能包裝不斷深入結(jié)合，包裝功能將得到進(jìn)一步的拓展和延伸，各種新興技術(shù)也將會(huì)不斷應(yīng)用到包裝產(chǎn)品中，使包裝的智能化、實(shí)用化得到進(jìn)一步提升，通過(guò)包裝品質(zhì)優(yōu)化提升產(chǎn)品價(jià)值，從而使包裝產(chǎn)業(yè)更好服務(wù)制造業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在消費(fèi)升級(jí)和新零售的助推下， 通過(guò)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)形式多樣的智能包裝產(chǎn)品，豐富智能包裝在產(chǎn)品溯源、食品安全、智能及冷鏈物流、防偽驗(yàn)證等方面的應(yīng)用場(chǎng)景，形成智能包裝產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)智能包裝更好更快發(fā)展。