שיטת ייצור פשוט Scalable עבור מכשירים אלקטרוניים אורגניים על טקסטיל
Summary
במאמר זה, אנו מציגים פרוטוקול להפקיד חומרים אורגניים באופן סלקטיבי על טקסטיל, המאפשרים אינטגרציה הישירה של מכשירים אלקטרוניים אורגניים עם פריטי לבוש. המכשירים המפוברקים ניתן לשלב באופן מלא בטקסטיל, כיבוד המראה המכאני שלהם ומאפשר יכולות חישה.
Abstract
Today, wearable electronics devices combine a large variety of functional, stretchable, and flexible technologies. However, in many cases, these devices cannot be worn under everyday conditions. Therefore, textiles are commonly considered the best substrate to accommodate electronic devices in wearable use. In this paper, we describe how to selectively pattern organic electroactive materials on textiles from a solution in an easy and scalable manner. This versatile deposition technique enables the fabrication of wearable organic electronic devices on clothes.
Introduction
בתחום האלקטרוניקה לביש הינו שוק בצמיחה מהירה צפוי להיות שווה 50 מיליארד יורו ב -2025, על פי שלושה השוק הנוכחי. האתגר העיקרי העומד בפני התקנים לבישים נוכחיים הוא כי מצורפים אלקטרונית מוצק פולשניות להגביל את השימוש במכשירים הוקמו בשנת מערכות לביש. באמצעות טקסטיל שכבר נמצאים בחיי היומיום היא גישה מאוד אטרקטיבית וישירה להימנע מגבלה זו. בשל יכולת אלסטית שלה, בחלקים מסוימים של הבגדים שאנחנו לובשים הם באופן טבעי במגע הדוק עם העור. דוגמאות רבות של בגדים חכמים הקיימות בשוק כיום מבוססות על תצוגות דקות, פלסטיק, מקלדות, והתקני מקור אור מוטבעים בטקסטיל, מקשר אלקטרוניקה עם בני אדם באופן אופנתי 1. בפועל ספורט, ניטור בריאות מסתמך על אלקטרודות טקסטיל, אשר מציעות חלופות נוחות נפוץ אלקטרודות דבק wristbands מתכת. הנה, סיבים מוליכים הםמשולב ישירות עם בדים סטרץ למנוע גירוי בעור תלאות אחרות במהלך ללבוש המורחב. בנוסף, טקסטיל מציע מספר הזדמנויות לשלב חיישני עקמומיות ללכוד תנועה 2, כדי לשלב חיישני גזירה לפיתוח ומפעילי רובוטית פונקציונליים 3, ובוודאי לשלב חיישנים ביולוגיים באמצעות זיהוי של אנליטי בזיעת 4.
טכנולוגיה לבישה מודרנית מסתמך על חומרים מוליכים למחצה מבוססי פחמן המספקים מכשירים אלקטרוניים עם מאפיינים ייחודיים. האופי "הרך" של חומרים אורגניים מציע תכונות מכאניות טובות יותר להתממשקות גוף האדם לעומת אלקטרוניקת מצב מוצק מסורתית. תאימות מכאנית זה, יחד עם מצעים גמישים מכאני, מאפשרת השימוש של גורמי צורה שאינה מישוריים בהתקנים כגון טקסטיל. השימוש אורגני רלוונטי גם במדעי חיים בשל ele המעורבת שלהםמוליכות ctronic ו יוניות 5. חוץ מזה, מוליך למחצה אורגני וחומרים אופטו להעצים מגוון גדול של מכשירים פונקציונליים עם תצוגה, טרנזיסטור, לוגיקה, ויכול כוח 6, 7, 8, 9. הקושי העיקרי בייצור של תקנים אורגניים כגון הוא בתצהיר המבוקר של חומרים תפקודיים על המשטחים שאינם מישוריים של טקסטיל. טכניקות microfabrication קונבנציונליות מוגבלות בעיקר על ידי ההתאמה של תהליך ההדחה עם ממדיות המבניות של מצעי טקסטיל.
כאן אנו מתארים פרוטוקול ייצור פשוט, וניתן להרחבה המאפשר בתצהיר סלקטיבית של פולימרים מוליכים על טקסטיל מובנה. התהליך הציג מאפשר הייצור של מכשירים אלקטרוניים לביש קונפורמי. הגישה מבוססת על הדפוסים של גהפולימר פולי ניצוח ommercially זמין (3,4-ethylenedioxythiophene): פולי (sulfonate סטירן) (PEDOT: PSS) וכן polydimethylsiloxane חומר סטנסיל אלסטומרי (PDMS) על טקסטיל. שילוב זה מאפשר כליאה היעילה של PEDOT המימי: פתרון PSS, כמו גם עבור השימור של התכונות הרכות stretchable של טקסטיל. שיטת ייצור פשוטה ואמינה זו סוללת את הדרך עבור הייצור של מגוון רחב של מכשירים אלקטרוניים ישירות על טקסטיל בעלות-יעיל מבחינה תעשייתית באופן מדרגי.
Protocol
Representative Results
Discussion
הדפוסים של חומרים מוליכים הוא אחד הצעדים הראשונים הייצור של מכשירים אלקטרוניים תפקודיים. זה יכול להיות מאתגר, כמו תהליך הייצור צריך לקחת בחשבון את התכונות הכימיות ופיסיקליות של חומרים כאלה, ואת זרימת התהליך צריכה לשקול את צולבות התאימות המהותית בין הצעדים בדיה. בשנ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge the BPI PIAVE AUTONOTEX grant for the financial support.
Materials
| SYLGARD 184, Silicone elastomer kit (Base and Curing agent) | Dow Corning | PDMS elastomer | |
| The conducting polymer formulation | |||
| CleviosTM PH 1000 PEDOT:PSS | Heraeus | Conductive polymer | |
| Ethylene glycol | Sigma-Aldrich | 03750-250ML | Solvent (EG), CAS: 107-21-1 |
| 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane | Sigma-Aldrich | M6514 | Cros linker (GOPs), CAS: 2530-85-0 |
| 4-dodecylbenzenesulfonic acid | Sigma-Aldrich | 44198 | (DBSA), CAS: 121-65-3 |
| The ionic liquid gel | |||
| UV lamp DFE 2340 | C.I.F/ ATHELEC | DP134 | UV-365nm |
| 1-Ethyl-3-methylimidazolium ethyl sulfate | Sigma-Aldrich | 51682-100G-F | Ionic Liquid (IL), CAS: 342573-75-5 |
| Poly(ethylene glycol) diacrylate | Sigma-Aldrich | 455008-100ML | Mn 700, CAS: 26570-48-9 |
| 2-Hydroxy-2-methylpropiophenon | Sigma-Aldrich | 405655-50ML | Phot Initiator (PI), CAS: 7473-98-5 |
| The textile fabric | VWR | Spec-Wipe 7 Wipers | 100% interlock knit polyester fabric |
| The polyimide film | DuPont | HN100 | Polyimide film with 125 µm thickness |
Riferimenti
- Poupyrev, I., et al. Project Jacquard:Interactive Digital Textiles at Scale. Proceedings of the 2016 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems – CHI ’16. , 4216-4227 (2016).
- Takamatsu, S., et al. Transparent conductive-polymer strain sensors for touch input sheets of flexible displays. J. Micromech. Microeng. 20, 075017 (2010).
- Patel, S., et al. A review of wearable sensors and systems with application in rehabilitation. J. Neuroeng. Rehabil. 9, 21 (2012).
- Bandodkar, A. J., et al. Epidermal tattoo potentiometric sodium sensors with wireless signal transduction for continuous non-invasive sweat monitoring. Biosens. Bioelectron. 54, 603-609 (2014).
- Owens, R. M., Malliaras, G. G. Organic Electronics at the Interface with Biology. MRS Bull. 35 (6), 449-456 (2010).
- Krebs, F. C., Biancardo, M., Winther-Jensen, B., Spanggard, H., Alstrup, J. Strategies for incorporation of polymer photovoltaics into garments and textiles. Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 90, 1058-1067 (2006).
- Cherenack, K., Zysset, C., Kinkeldei, T., Münzenrieder, N., Tröster, G. Woven electronic fibers with sensing and display functions for smart textiles. Adv. Mater. 22, 5178-5182 (2010).
- Hamedi, M., Forchheimer, R., Inganäs, O. Towards woven logic from organic electronic fibres. Nat. Mater. 6, 357-362 (2007).
- Bao, L., Li, X. Towards Textile Energy Storage from Cotton T-Shirts. Adv. Mater. 24, 3246-3252 (2012).
- Takamatsu, S., et al. Direct patterning of organic conductors on knitted textiles for long-term electrocardiography. Sci. Rep. 5, 15003 (2015).
- Yamada, T., et al. A stretchable carbon nanotube strain sensor for human-motion detection. Nat. Nanotechnol. 6, 296-301 (2011).
- Shim, N. Y., et al. All-plastic electrochemical transistor for glucose sensing using a ferrocene mediator. Sensors. 9, 9896-9902 (2009).
- Takamatsu, S., et al. Wearable Keyboard Using Conducting Polymer Electrodes on Textiles. Adv. Mater. 28, 4485-4488 (2016).
- O’Connor, T. F., Rajan, K. M., Printz, A. D., Lipomi, D. J. Toward organic electronics with properties inspired by biological tissue. J. Mater. Chem. B. 3, 4947-4952 (2015).
- Choi, S., Lee, H., Ghaffari, R., Hyeon, T., Kim, D. Recent Advances in Flexible and Stretchable Bio-Electronic Devices Integrated with Nanomaterials. Adv. Mater. 28, 4203-4218 (2016).
- Zhang, Z., Qiu, J., Wang, S. Roll-to-roll printing of flexible thin-film organic thermoelectric devices. Manuf. Lett. 8, 6-10 (2016).
- Rim, Y. S., Bae, S. -. H., Chen, H., De Marco, N., Yang, Y. Recent Progress in Materials and Devices toward Printable and Flexible Sensors. Adv. Mater. 28, 4415-4440 (2016).
- Matsuhisa, N., et al. Printable elastic conductors with a high conductivity for electronic textile applications. Nat. Commun. 6, 7461 (2015).
- Bernards, D. a., Malliaras, G. G. Steady-State and Transient Behavior of Organic Electrochemical Transistors. Adv. Funct. Mater. 17 (17), 3538-3544 (2007).
