En simpel og skalerbar Fabrication Metode til Økologisk Elektroniske enheder om tekstiler
Summary
I dette papir, præsenterer vi en protokol til selektivt deponere organiske materialer på tekstiler, som giver mulighed for direkte integration af organiske elektroniske anordninger med wearables. De fabrikerede enheder kan være fuldt integreret i tekstiler, respekt for deres mekaniske udseende og muliggør sensing kapaciteter.
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
Feltet af bærbare elektronik er et hurtigt voksende marked forventes at være værd 50 milliarder euro i 2025, over tre gange det nuværende marked. Den største udfordring for de nuværende bærbare enheder er, at indgribende solid elektroniske vedhæftede begrænse brugen af etablerede enheder i bærbare systemer. Brug tekstiler, der allerede er til stede i hverdagen er en meget attraktiv og enkel tilgang for at undgå denne begrænsning. På grund af sin elastiske evne, nogle dele af tøj, som vi bærer er naturligvis i tæt kontakt med huden. Mange eksempler på smart tøj til rådighed på markedet i dag, er baseret på tynde, plast skærme, tastaturer og lyskilde enheder indlejret i tekstiler, der forbinder elektronik med mennesker i et moderigtigt måde en. I sport praksis, sundhedsovervågning afhængig tekstilelektroderne, som tilbyder komfortable alternativer til almindeligt anvendte selvklæbende elektroder og metal armbånd. Her, ledende fibre erdirekte integreret med strækstoffer for at forhindre hudirritation og andre ubehageligheder under udvidet slid. Derudover tekstiler tilbyder en række muligheder for at integrere krumning sensorer til at fange bevægelse 2, at integrere shear sensorer til udvikling af funktionelle robot aktuatorer 3, og bestemt til at integrere biosensorer gennem påvisning af en analyt i sved 4.
Moderne wearable teknologi bygger på kulstof-baserede halvledermaterialer, der leverer elektroniske enheder med unikke egenskaber. Den "bløde" karakter af økologi giver bedre mekaniske egenskaber for sammenknytning med den menneskelige krop i forhold til traditionelle solid-state elektronik. Denne mekanisk kompatibilitet, parret med mekanisk fleksible substrater, muliggør anvendelse af ikke-plane formfaktorer i indretninger såsom tekstiler. Anvendelsen af organiske forbindelser er også relevant i biovidenskab på grund af deres blandede electronic og ionledningsevne 5. Desuden, organisk halvledende og optoelektroniske materialer bemyndige en lang række funktionelle enheder med display, transistor, logik, og magt kapaciteter 6, 7, 8, 9. Den største vanskelighed ved fremstillingen af sådanne organiske anordninger er den styrede aflejring af funktionelle materialer på ikke-plane overflader på tekstiler. Konventionelle microfabrication teknikker er primært begrænset af uforenelighed af depositionen processen med den strukturelle dimensionalitet af tekstile substrater.
Her beskriver vi en enkel og skalerbar fabrikation protokol, der muliggør den selektive aflejring af ledende polymerer om strukturerede tekstiler. Den præsenterede proces muliggør fremstillingen af bærbare og konforme elektroniske enheder. Den fremgangsmåde er baseret på mønsterdannelse af commercially tilgængelige ledende polymer poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrensulfonat) (PEDOT: PSS) og et elastomert stencil materiale polydimethylsiloxan (PDMS) på tekstil. Denne kombination giver mulighed for effektiv indeslutning af den vandige PEDOT: PSS opløsning, samt for opbevaring af de bløde og strækbare egenskaber af tekstiler. Denne enkle og pålidelig fabrikation metode baner vejen for fremstilling af en bred vifte af elektroniske enheder direkte på tekstiler i en omkostningseffektiv og industrielt skalerbar måde.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det mønster af ledende materialer er en af de første skridt i fremstillingen af funktionelle elektroniske enheder. Dette kan blive udfordrende, som fremstillingsprocessen skal tage hensyn til de kemiske og fysiske egenskaber af sådanne materialer, og processen flow behov for at overveje materialet cross-kompatibilitet mellem de fabrikationstrin. I mikrofabrikation af organiske elektroniske enheder, disse to aspekter er endnu større på grund af den meget reaktive natur økologi. Men i dag, organiske mate…
Disclosures
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 |
References
- 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).
