وبسيطة وقابلة للتطوير أسلوب تلفيق لعضوي الأجهزة الإلكترونية بشأن المنسوجات
Summary
في هذه الورقة، ونحن نقدم بروتوكول لإيداع انتقائي المواد العضوية على المنسوجات، والذي يسمح لدمج المباشر من الأجهزة الإلكترونية العضوية مع الأجهزة القابلة للارتداء. الأجهزة ملفقة يمكن أن تكون متكاملة تماما في المنسوجات، واحترام مظهرهم الميكانيكية وتمكين قدرات الاستشعار.
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
مجال الالكترونيات يمكن ارتداؤها هي سوق سريعة النمو المتوقع أن يكون بقيمة 50 مليار يورو فى عام 2025، أكثر من ثلاثة أضعاف السوق الحالية. ويتمثل التحدي الرئيسي الذي يواجه أجهزة يمكن ارتداؤها الحالية هو أن تدخلي إرفاق ملفات إلكترونية الصلبة تحد من استخدام أجهزة أنشئت في الأنظمة القابلة للارتداء. استخدام المنسوجات التي تكون موجودة في الحياة اليومية بالفعل هو نهج جذابة للغاية واضحة لتجنب هذا القيد. نظرا لقدرتها المرنة، وبعض أجزاء من الملابس التي نرتديها هي بطبيعة الحال في اتصال مع ضيق الجلد. وتقوم العديد من الأمثلة على الملابس الذكية المتوفرة في السوق اليوم، ويعرض رقيقة من البلاستيك، لوحات المفاتيح وأجهزة مصدر الضوء جزءا لا يتجزأ من النسيج، وربط الأجهزة الإلكترونية مع البشر بطريقة عصرية 1. في ممارسة الرياضة، يعتمد المراقبة الصحية على أقطاب الغزل والنسيج، والتي توفر بدائل مريحة ليشيع استخدامها أقطاب لاصقة والأساور المعدنية. هنا، الألياف الموصلة هيدمج مباشرة مع الأقمشة بسط لمنع تهيج الجلد وغيرها من المضايقات أثناء ارتداء الموسعة. بالإضافة إلى ذلك، المنسوجات توفر عدد من الفرص لدمج أجهزة استشعار انحناء لالتقاط حركة 2، إلى دمج أجهزة استشعار القص لتطوير المحركات الآلية وظيفية 3، وبالتأكيد لدمج أجهزة استشعار العوامل البيولوجية من خلال الكشف عن وتحليلها في العرق 4.
وتعتمد التكنولوجيا القابلة للارتداء الحديثة على مواد أشباه الموصلات القائمة على الكربون التي تقدم الأجهزة الإلكترونية مع خصائص فريدة من نوعها. طبيعة "الناعمة" للمواد العضوية تقدم خصائص ميكانيكية أفضل للتفاعل مع الجسم البشري مقارنة الالكترونيات التقليدية الحالة الصلبة. هذا التوافق الميكانيكية، وإرفاقها مع ركائز مرنة ميكانيكيا، يمكن استخدام عوامل شكل غير مستو في أجهزة مثل المنسوجات. استخدام المواد العضوية هي أيضا ذات الصلة في علوم الحياة بسبب ايلى بهم مختلطةctronic والأيونية الموصلية 5. الى جانب ذلك، شبه الموصلة العضوية والمواد الضوئية تمكين مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأجهزة الوظيفية مع العرض، الترانزستور، والمنطق، وقدرات السلطة 6، 7، 8، 9. والصعوبة الرئيسية في تصنيع هذه الأجهزة العضوية هي ترسب رقابة من المواد الفنية على الأسطح غير المستوية على الأقمشة. تقنيات التصنيع الدقيق التقليدية تقتصر في المقام الأول عدم توافق عملية ترسب مع أبعاد الهيكلي من ركائز النسيج.
هنا، نحن تصف بروتوكول تلفيق بسيطة وقابلة للأن يسمح لترسب الانتقائي لإجراء البوليمرات على المنسوجات منظم. تمكن عملية تقديم تصنيع الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء وامتثالي. ويستند المنهج على الزخرفة من جمتاح ommercially إجراء بولي البوليمر (3،4-ethylenedioxythiophene): بولي (الستايرين سلفونات) (PEDOT: PSS)، وثنائي ميثيل بولي سيلوكسان المرنة المواد الاستنسل (PDMS) على النسيج. هذا المزيج يسمح للحبس الفعال للPEDOT مائي: حل جهاز الأمن الوقائي، فضلا عن الإبقاء على خصائص لينة ولمط المنسوجات. هذه طريقة تصنيع بسيطة وموثوق بها يمهد الطريق لتصنيع مجموعة متنوعة من الأجهزة الإلكترونية مباشرة على المنسوجات بطريقة فعالة من حيث التكلفة وقابلة للتطوير الصناعي.
Protocol
Representative Results
Discussion
الزخرفة من المواد الناقلة هي واحدة من الخطوات الأولى في تصنيع الأجهزة الإلكترونية وظيفية. هذا يمكن أن تصبح صعبة، إذ تحتاج عملية التصنيع إلى أن تأخذ في الاعتبار الخصائص الكيميائية والفيزيائية لهذه المواد، وتدفق العملية تحتاج إلى النظر في المواد عبر التوافق بين الخط?…
Declarações
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 |
Referências
- 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).
