Un método de fabricación simple y escalable para dispositivos electrónicos orgánicos sobre los Textiles
Summary
En este trabajo, se presenta un protocolo para depositar selectivamente materiales orgánicos sobre los textiles, lo que permite la integración directa de dispositivos electrónicos orgánicos con llevar encima. Los dispositivos fabricados pueden integrarse plenamente en el sector textil, respetando su aspecto mecánico y permitiendo capacidades de detección.
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
El campo de la electrónica usable es un mercado de rápido crecimiento se espera que sea por valor de 50 millones de euros en 2025, más de tres veces el mercado actual. El principal reto de dispositivos portátiles actuales es que los accesorios electrónicos sólidos intrusivos limitan el uso de los dispositivos establecidos en los sistemas portátiles. El uso de los textiles que ya están presentes en la vida cotidiana es un enfoque muy atractivo y fácil de evitar esta limitación. Debido a su capacidad elástica, algunas partes de la ropa que usamos son naturalmente en estrecho contacto con la piel. Hay muchos ejemplos de ropa inteligente disponibles en el mercado hoy en día se basan en, pantallas delgadas de plástico, teclados y dispositivos de la fuente de luz incrustados en el sector textil, que une la electrónica con los seres humanos de una manera elegante 1. En la práctica del deporte, vigilancia de la salud se basa en los electrodos textiles, que ofrecen cómodas alternativas de uso común electrodos adhesivos y pulseras de metal. Aquí, las fibras conductoras sondirectamente integrado con tejidos elásticos para evitar la irritación de la piel y otras molestias durante el uso prolongado. Además, los textiles ofrecen una serie de oportunidades para integrar sensores de curvatura de captura de movimiento 2, para integrar sensores de cizallamiento para el desarrollo de actuadores robóticos funcionales 3, y desde luego para integrar los biosensores a través de la detección de un analito en sudor 4.
tecnología portátil moderna se basa en materiales semiconductores basados en el carbono que proporcionan los dispositivos electrónicos con propiedades únicas. La naturaleza "suave" de los productos orgánicos ofrece mejores propiedades mecánicas para la interfaz con el cuerpo humano en comparación con la electrónica tradicional de estado sólido. Esta compatibilidad mecánica, junto con sustratos flexibles mecánicamente, permite el uso de factores de forma no planas en dispositivos tales como los textiles. El uso de productos orgánicos también es pertinente en ciencias de la vida debido a su ele mixtaconductividad iónica ctronic y 5. Además, semiconductores orgánicos y materiales optoelectrónicos facultan a una gran variedad de dispositivos con pantalla, el transistor, la lógica y capacidad de potencia 6, 7, 8, 9. La principal dificultad en la fabricación de dispositivos tales orgánicos es la deposición controlada de materiales funcionales en las superficies no planas de textiles. técnicas de microfabricación convencionales están limitados principalmente por la incompatibilidad del proceso de deposición con la dimensionalidad estructural de sustratos textiles.
A continuación, se describe un protocolo de fabricación simple y escalable que permite la deposición selectiva de polímeros conductores sobre los textiles estructurados. El proceso presentado permite la fabricación de dispositivos electrónicos portátiles y de conformación. El enfoque se basa en el patrón de la commercially disponibles polímero conductor de poli (3,4-etilendioxitiofeno): poli (estireno sulfonato) (PEDOT: PSS) y un polidimetilsiloxano material de la plantilla de elastómero (PDMS) sobre el textil. Esta combinación permite el confinamiento eficiente del PEDOT acuosa: solución de PSS, así como para la retención de las propiedades suaves y estirables de textiles. Este método de fabricación sencilla y fiable allana el camino para la fabricación de una variedad de dispositivos electrónicos directamente a los textiles de una manera rentable y escalable industrialmente.
Protocol
Representative Results
Discussion
El modelado de materiales conductores es uno de los primeros pasos en la fabricación de dispositivos electrónicos funcionales. Esto puede convertirse en un desafío, ya que el proceso de fabricación debe tener en cuenta las propiedades químicas y físicas de tales materiales, y el flujo del proceso debe tener en cuenta el material de compatibilidad cruzada entre las etapas de fabricación. En la microfabricación de dispositivos electrónicos orgánicos, estos dos aspectos son aún más significativa debido a la nat…
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).
