En enkel og skalerbar Fabrication Metode for Organiske Elektroniske enheter på Tekstil
Summary
I denne artikkelen presenterer vi en protokoll for å selektivt sette organiske materialer på tekstiler, som gjør det mulig for direkte integrasjon av organiske elektroniske enheter med wearables. De fabrikkerte enheter kan være fullt integrert i tekstiler, respektere deres mekaniske utseende og muliggjør sensing evner.
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 av bærbar elektronikk er en raskt voksende markedet forventes å være verdt 50 milliarder euro i 2025, over tre ganger dagens marked. Hovedutfordringen dagens bærbare enheter er at påtrengende solide elektroniske vedlegg begrense bruken av etablerte enheter i bærbare systemer. Ved hjelp av tekstiler som allerede er til stede i hverdagen er en meget attraktiv og grei måte å unngå denne begrensningen. På grunn av sin elastiske evne, noen deler av klær som vi slitasje er naturlig i tett kontakt med huden. Mange eksempler på smarte klær tilgjengelig på markedet i dag er basert på tynne, plast skjermer, tastaturer og lyskilde enheter innebygd i tekstiler, knytte elektronikk med mennesker i en moteriktig måte en. I sport praksis, avhengig helseovervåking på elektrodene, som tilbyr komfortable alternativer til vanlige selvklebende elektroder og metall armbånd. Her ledende fibre erdirekte integrert med elastiske stoffer for å unngå hudirritasjon og andre ubehag under utvidet slitasje. I tillegg, tekstiler gir en rekke muligheter for å integrere krumning sensorer for å fange opp bevegelser 2, for å integrere skjær følere for utvikling av funksjonelle robot aktuatorer 3, og i hvert fall for å integrere biosensorer ved påvisning av en analytt i svette 4.
Moderne bærbar teknologi er avhengig av karbon-baserte halvledermaterialer som leverer elektroniske enheter med unike egenskaper. Den "myke" natur organiske tilbyr bedre mekaniske egenskaper for grensesnitt med den menneskelige kroppen i forhold til tradisjonelle solid-state elektronikk. Denne mekaniske kompatibilitet, sammen med mekanisk fleksible underlag, muliggjør bruk av ikke-plane formfaktorer i enheter som tekstiler. Bruken av organiske er også relevant i biovitenskap på grunn av deres blandet electronic og ionisk ledningsevne 5. Dessuten organisk halvledende og optoelektroniske materialer styrke et stort utvalg av funksjonelle enheter med display, transistor, logikk, og makt evner 6, 7, 8, 9. Den største vanskelighet ved fremstillingen av slike organiske enheter er styrt avsetning av funksjonelle materialer på de ikke-plane overflater av tekstiler. Konvensjonelle microfabrication teknikker er primært begrenset av inkompatibilitet av deponering prosessen med strukturelle dimensjonalitet tekstilunderlag.
Her beskriver vi en enkel og skalerbar fabrikasjon protokoll som gjør det mulig for den selektive deponering av å drive polymerer på strukturerte tekstiler. Den presenterte prosessen gjør fabrikasjon av bærbare og konforme elektroniske enheter. Tilnærmingen er basert på fordelingen av commercially tilgjengelig ledende polymer poly (3,4-etylendioksytiofen): poly (styrensulfonat) (PEDOT: PSS) og et elastomert materiale sjablong polydimetylsiloksan (PDMS) på tekstil. Denne kombinasjonen gir mulighet for effektiv innesperring av den vandige PEDOT: PSS-oppløsning, samt for oppbevaring av det myke og elastiske egenskaper til tekstiler. Denne enkle og pålitelige fremstillingsmetode baner vei for fabrikasjon av en rekke elektroniske enheter direkte på tekstiler i en kostnadseffektiv og industrielt skalerbare måte.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den fordelingen av ledende materialer er en av de første trinnene i fabrikasjon av funksjonelle elektroniske enheter. Dette kan bli utfordrende, som fremstillingsprosessen må ta hensyn til de kjemiske og fysiske egenskapene til slike materialer, og prosessflyten må vurdere materialet kryss kompatibilitet mellom de fremstillingstrinn. I microfabrication av organiske elektroniske enheter, disse to aspektene er enda mer betydelig på grunn av den sterkt reaktive natur av organiske stoffer. Men i dag, organiske materiale…
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).
