Tekstil Organik Elektronik Cihazlar Basit ve Ölçeklenebilir Fabrikasyon Yöntemi
Summary
Bu yazıda, seçici giyilebilir organik elektronik cihazların doğrudan entegrasyon sağlar tekstil organik malzemeler, mevduat bir protokol mevcut. fabrikasyon cihazlar tamamen mekanik bir görünüme saygı ve algılama yetenekleri sağlayan, tekstil entegre edilebilir.
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
Giyilebilir elektronik alanında üç kez cari piyasa üzerinde, 2025 50 milyar avro değerinde olması beklenen bir hızla büyüyen bir pazar. Geçerli giyilebilir cihazlar önündeki en büyük engel müdahaleci katı elektronik ekleri giyilebilir sistemlerde kurulan cihazların kullanımını sınırlamak olmasıdır. Zaten günlük yaşamda mevcut kumaşları kullanılarak bu sınırlama önlemek için çok cazip ve anlaşılır bir yaklaşımdır. Nedeniyle elastik yeteneği, biz giymek giysi bazı kısımları deri ile sıkı temas halinde doğal olarak bulunmaktadır. Piyasada bugün mevcut akıllı giysiler pek çok örnek bir moda şekilde 1 insanlarla elektronik bağlayan ince, plastik ekranlar, klavyeler ve tekstil gömülü ışık kaynağı cihazlar dayanmaktadır. spor Uygulamada, sağlık izleme yaygın yapıştırıcı elektrotları ve metal bilekliği kullanılan rahat alternatifler sunan tekstil elektrotlar, dayanır. Burada, iletken elyaflardoğrudan cilt tahrişine ve genişletilmiş aşınma sırasında diğer rahatsızlıkları önlemek için esnek kumaşlar ile entegre. Ayrıca, tekstil ter 4 bir analitin tespiti yoluyla biyosensörler entegre etmek kesinlikle işlevsel robot aktüatörler 3 gelişmesi için kesme sensörleri entegre, ve, hareket 2 yakalamak için eğrilik sensörleri entegre birçok fırsat sunuyoruz.
Modern giyilebilir teknoloji benzersiz özelliklere sahip elektronik cihazlar teslim karbon bazlı yarı iletken malzemeler dayanır. organik "yumuşak" doğa geleneksel katı-hal elektronik kıyasla insan vücudu ile arabirim için daha iyi mekanik özellikler gösterir. mekanik esnek yüzeyler ile eşleştirilmiş Bu mekanik uyumluluk, tekstil gibi cihazlarda düzlemsel olmayan form faktörleri kullanımını sağlar. Organik maddelerin kullanımı nedeniyle karışık Elektronik endüstri için de yaşam bilimleri alakalıctronic ve iyonik iletkenliği 5. Ayrıca, organik yarı iletken ve optoelektronik malzemelerin ekran, transistör, mantık ve güç yetenekleri 6, 7, 8, 9 ile fonksiyonel cihazların büyük bir çeşitlilik güçlendirmek. Bu tür organik cihazların üretiminde ana zorluk tekstil düzlemsel olmayan yüzeyler üzerinde fonksiyonel maddelerin kontrollü birikmesidir. Klasik imalat teknikleri başta tekstil yüzeylerde yapısal boyutluluk ile çöktürme işleminin uyumsuzluk ile sınırlıdır.
Burada, yapılandırılmış tekstil iletken polimerlerin selektif birikimi sağlayan basit ve ölçeklenebilir üretim protokol açıklar. sunulan işlem giyilebilir ve konformal elektronik cihazların imalatı sağlar. yaklaşım c desenlendirme dayanmaktadırticari olarak elde edilebilir iletken polimer poli (3,4-etilendioksitiyofen): poli (stiren sülfonat) (PEDOT: PSS) ve tekstil üzerinde elastomerik şablon malzemesi polidimetilsiloksan (PDMS). yanı sıra tekstil yumuşak ve gerilebilir özelliklerin korunması için, PSS solüsyonu: Bu kombinasyon verimli sulu Pedot sınırlandırılması için izin verir. Bu basit ve güvenilir bir üretim yöntemi doğrudan maliyet-etkin ve endüstriyel ölçeklenebilir şekilde tekstil, elektronik cihazlar çeşitli imalatı için önünü açıyor.
Protocol
Representative Results
Discussion
iletken malzemelerin desenlendirme fonksiyonel elektronik cihazların üretiminde ilk adımlardan biridir. fabrikasyon süreci dikkate tür malzemelerin kimyasal ve fiziksel özelliklerini almak gerekiyor ve işlem akışı imalat basamakları arasındaki maddi çapraz uyumluluk düşünmeye ihtiyacı gibi bu, zorlu olabilir. Organik elektronik cihazların mikroimalat, bu iki açıdan bağlı organik maddelerin yüksek reaktif doğaya daha önemlidir. Bugün ise, organik maddeler kendi elektro-elastik özellikleri <sup …
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).
