面向食品在线健康监测的3D打印PETG智能容器单向编程技术研究

本研究针对食品储运过程中温湿度实时监测的难题，开发了基于3D打印微带贴片天线（MPA）的PETG智能容器（SC）。通过差示扫描量热法（DSC）验证材料特性，结合高频结构仿真器（HFSS）设计与矢量网络分析仪（VNA）验证，实现共振频率（Rf）和基板电阻随湿度（0-5ml）和温度（20-90°C）变化的精准响应，为食品健康监测提供数字化解决方案。

　　

采用聚对苯二甲酸乙二醇酯- glycol（PETG）基材的智能容器广泛应用于泡菜、蜜饯、糖果等食品（Food Articles, FA）的储运，然而其在温湿度刺激下的单向编程健康监测研究尚属空白。本研究基于3D打印微带贴片天线（Microstrip Patch Antenna, MPA）技术，开发了具有4D功能的新型智能容器。通过差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry, DSC）证实基材材料的热稳定性和非晶态特性，并采用高频结构仿真器（High-Frequency Structure Simulator, HFSS）进行天线设计与仿真，最终通过矢量网络分析仪（Vector Network Analyzer, VNA）完成性能验证。

实验数据显示：当湿度刺激（0-5ml）作用时，智能容器的共振频率（Resonance Frequency, R_f）从2.948 GHz偏移至2.712 GHz，基板电阻由106.46 Ω降至41.43 Ω；在温度刺激（20-90°C）条件下，R_f进一步从2.948 GHz迁移至2.400 GHz，基板电阻由106.46 Ω变化为37.24 Ω。这种由温湿度变化引发的R_f响应特性，成功构建了食品储运过程中实时健康监测的数字化追溯链条。