Name: Eine einfache und skalierbare Herstellungsverfahren für organische elektronische Vorrichtungen auf Textilien (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-13T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 21 s
Description: Entdecken Sie ein skalierbares Verfahren zur selektiven Abscheidung organischer elektroaktiver Materialien auf Textilien für tragbare Elektronik. Diese Methode ermöglicht die nahtlose Integration von Sensoren in Kleidung bei erhaltener Tragekomfort und mechanischer Integrität.

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Die Autoren danken dem BPI PIAVE AUTONOTEX Zuschuss für die finanzielle Unterstützung.

1. Patterning Leitfähige Polymere auf Textilien <ol><li> Fix eine 10 cm x 10 cm Textilfolie auf einer ebenen Oberfläche für eine einfache Handhabung während des Prozesses. Für die Textil-, verwenden, um eine 100% Interlock-Strickpolyestergewebe mit einer Dicke von 300 &amp; mgr; m und einer Strickrichtung Stretch-Fähigkeit bis zu 50%. </li><li> Um eine Maske mit dem Musterentwurf machen, verwenden Sie eine 125 um dicke Polyimid-Folie; Ein Beispiel des Musters ist in Figur 1 veranschaulicht. <ol><li> Verwenden Sie einen Laserschneider (zB Protolaser S, LPKF) zum Muster der Polyimid - Maske 10; die Musterauslegung einer Elektrode ist in Abbildung 1 veranschaulicht. </li><li> Bestreichen Sie die PDMS-Formulierung (10: 1 Base Agent Verhältnis Härtung) auf der Oberseite der Maske (Polyimid-Folie) mit einem automatischen Bandgusswerkzeug (K Steuerdruck-Beschichtungsvorrichtung, Rakel) mit einer Nassfilmdicke von 200 &amp; mgr; m und bei einer 6 m / min Beschichtungsgeschwindigkeit. Verwenden etwa 0,5 ml für eine Maske von 3 cm x 5 cm. Führen Sie thist unter dem Abzug Prozess. </li></ol></li><li> übertragen Sie den Stoff vorsichtig an die PDMS-beschichteten Maske. Lassen Sie für 10 Minuten, danach sollten die PDMS vollständig in der Textilstruktur aufgenommen werden. </li><li> Härten der Probe in einem Luftofen bei 100 ° C für 10 min. </li><li> Vorbereiten des leitenden Polymers: PEDOT: PSS-Dispersion (80 ml), Ethylenglykol (20 ml), 4-Dodecylbenzolsulfonsäure (40 ul) und 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan (1 ml) in der Abzugshaube. </li><li> Bürstenbeschichtung der PEDOT: PSS-Lösung auf dem PDMS-freien Bereich des Textils, bis ein homogenes Eindringen der Lösung erhalten wird. Wiederholen Sie diesen Schritt ein einheitliches Muster Farbe zu erzielen. Gelten etwa 1 ml / cm 2. </li><li> Härten des Gewebes bei 110 ° C für 1 h, um die PEDOT trocknen: PSS-Lösung. Reduzieren Sie die Temperatur auf 60 ° C für Textilien, die auf eine Behandlung mit hoher Temperatur empfindlich sind, wie Nylon. </li></ol> 2. Organische Bauelementherstellung HINWEIS: Das Protokoll in Abschnitt 1 describes die selektive Abscheidung von Materialien auf Textilien durch. In den folgenden Abschnitten werden die zusätzlichen Schritte beschreiben benötigten organischen Vorrichtungen herzustellen, wie Dehnungssensoren, OECT Transistoren, Hautelektroden und kapazitive Sensoren. <ol><li> Um Dehnungssensoren, gezeigt in 3a, Muster , welches die Elektrodenleitungen auf dem Textil herzustellen, wie in Abschnitt 1 beschrieben, werden die Schritte 1,1-1,5. HINWEIS: Ein Beispiel für die Musterauslegung ist in 3a gezeigt. Die Herstellung solcher Sensoren erfordert keine zusätzlichen Schritte. </li><li> Um den Aufbau des Transistors herzustellen in 3b gezeigt, Muster der Transistor - Arrays auf einem Nylon Webband nach den in Abschnitt beschriebenen Schritte 1. Ändern Sie leicht die PDMS - Glüh- und PEDOT: PSS Schritte Härten des thermischen Abbau von Nylon zu vermeiden , indem bei 60 ° Härtung C für eine längere Zeit. </li><li> Für die Herstellung von Hautelektroden, in 3c gezeigt ist , abzuscheiden einionischen Gel auf der gemusterten PEDOT: PSS Textilien. <ol><li> Bereiten einer ionischen Flüssigkeit Gelgemisch enthält die ionische Flüssigkeit 1-Ethyl-3-methylimidazolium-Ethylsulfat; das Vernetzungsmittel, Poly (ethylenglykol) diacrylat; und der Photoinitiator, 2-Hydroxy-2-methylpropiophenon mit einer (v / v) Verhältnis von 0,6 / 0,35 / 0,05. </li><li> Bestreichen Sie die PEDOT: PSS - Elektrode mit ionischen Flüssigkeit (20 &amp; mgr; l / cm 2) und fügen Sie die ionische Flüssigkeit Gel Mischung aus Schritt 2.3.1 (25 &amp; mgr; l / cm 2) für Tropfen Gießen. </li><li> Expose mit UV-Licht (365 nm), um eine Vernetzungsreaktion für 10-15 min zu initiieren, bis das Gel erstarrt. Führen Sie diesen Schritt in der Abzugshaube. Verwenden Sie einen UV-Schutzkorb bei UV-Exposition. </li></ol></li><li> Für kapazitive Sensorherstellungs Verwenden PEDOT: PSS textile Elektroden mit einem isolierenden Material (Abbildung 3d) isoliert. <ol><li> Isolieren Sie die Tastatur-wie PEDOT: PSS-Elektroden die PDMS; die Tastatur - Design kann in 2b zu sehen &lt;/ Strong&gt;. Dispense die PDMS-Formulierung auf der Oberseite des Gewebes und entfernen Sie den Überschuss mit einem Rakel. </li><li> Platzieren Sie den Stoff in einem Ofen bei 100 ° C für 10 min. Führen Sie diesen Schritt in der Abzugshaube. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Poupyrev, I., et al. Project Jacquard:Interactive Digital Textiles at Scale. <a target="_blank" href="http://dl.acm.org/citation.cfm?id=2858176">Proceedings of the 2016 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems - CHI '16</a>. , ACM Press. 4216-4227 (2016).</li>
<li>Takamatsu, S., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0960-1317/20/7/075017/">Transparent conductive-polymer strain sensors for touch input sheets of flexible displays.</a> J. Micromech. Microeng. 20, 075017(2010).</li>
<li>Patel, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+wearable+sensors+and+systems+with+application+in+rehabilitation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neuroeng.+Rehabil%22%5BJournal%5D)">A review of wearable sensors and systems with application in rehabilitation.</a> J. Neuroeng. Rehabil. 9, 21(2012).</li>
<li>Bandodkar, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epidermal+tattoo+potentiometric+sodium+sensors+with+wireless+signal+transduction+for+continuous+non-invasive+sweat+monitoring%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens.+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Epidermal tattoo potentiometric sodium sensors with wireless signal transduction for continuous non-invasive sweat monitoring.</a> Biosens. Bioelectron. 54, 603-609 (2014).</li>
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<li>Krebs, F. C., Biancardo, M., Winther-Jensen, B., Spanggard, H., Alstrup, J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927024805001893">Strategies for incorporation of polymer photovoltaics into garments and textiles.</a> Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 90, 1058-1067 (2006).</li>
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<li>Takamatsu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wearable+Keyboard+Using+Conducting+Polymer+Electrodes+on+Textiles%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Wearable Keyboard Using Conducting Polymer Electrodes on Textiles.</a> Adv. Mater. 28, 4485-4488 (2016).</li>
<li>O'Connor, T. F., Rajan, K. M., Printz, A. D., Lipomi, D. J. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/tb/c5tb00173k">Toward organic electronics with properties inspired by biological tissue.</a> J. Mater. Chem. B. 3, 4947-4952 (2015).</li>
<li>Choi, S., Lee, H., Ghaffari, R., Hyeon, T., Kim, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+Advances+in+Flexible+and+Stretchable+Bio-Electronic+Devices+Integrated+with+Nanomaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Recent Advances in Flexible and Stretchable Bio-Electronic Devices Integrated with Nanomaterials.</a> Adv. Mater. 28, 4203-4218 (2016).</li>
<li>Zhang, Z., Qiu, J., Wang, S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213846316300025">Roll-to-roll printing of flexible thin-film organic thermoelectric devices.</a> Manuf. Lett. 8, 6-10 (2016).</li>
<li>Rim, Y. S., Bae, S. -H., Chen, H., De Marco, N., Yang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+Progress+in+Materials+and+Devices+toward+Printable+and+Flexible+Sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Recent Progress in Materials and Devices toward Printable and Flexible Sensors.</a> Adv. Mater. 28, 4415-4440 (2016).</li>
<li>Matsuhisa, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Printable+elastic+conductors+with+a+high+conductivity+for+electronic+textile+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Printable elastic conductors with a high conductivity for electronic textile applications.</a> Nat. Commun. 6, 7461(2015).</li>
<li>Bernards, D. a, Malliaras, G. G. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.200601239/abstract">Steady-State and Transient Behavior of Organic Electrochemical Transistors.</a> Adv. Funct. Mater. 17 (17), 3538-3544 (2007).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Die Strukturierung der leitfähigen Materialien ist einer der ersten Schritte bei der Herstellung von funktionellen elektronischen Geräten. Dies kann schwierig werden, da der Herstellungsprozess Berücksichtigung der chemischen und physikalischen Eigenschaften solcher Materialien zu nehmen braucht, und der Prozessablauf braucht die Materialquer Kompatibilität zwischen den Herstellungsschritten zu berücksichtigen. In dem Mikrofabrikations von organischen elektronischen Vorrichtungen sind diese beiden Aspekte noch deutliche...

Das Gebiet der Wearable Electronics ist ein schnell wachsender Markt erwartet im Jahr 2025 im Wert von 50 Milliarden Euro sein, mehr als das Dreifache des aktuellen Markt. Die größte Herausforderung aktuelle tragbare Geräte zugewandt ist, dass aufdringliche solide elektronische Anlagen, die Nutzung etablierter Geräte in tragbaren Systemen begrenzen. Mit Textilien, die bereits im Alltag ist ein sehr attraktiver und einfacher Ansatz, diese Einschränkung zu vermeiden. Aufgrund ihrer elastischen Fähigkeit, einige Teile der Kleidung, die wir sind von Natur aus mit der Haut in engen Kontakt tragen. Viele Beispiele für intelligente Kleidung auf dem Markt basieren heute auf dünnen, Kunststoff - Displays, Tastaturen und Lichtquellenvorrichtungen in Textilien eingebettet und verbindet Elektronik mit Menschen in einem modischen Weg 1. In der Sportpraxis setzt die Gesundheitsüberwachung auf Textil-Elektroden, die eine bequeme Alternativen bieten zu Klebeelektroden und Metall-Armbänder verwendet. Hier leitfähige Fasern sinddirekt integriert mit dehnbare Stoffe Hautreizungen und andere Beschwerden bei längerer Verschleiß zu vermeiden. Zusätzlich bieten Textilien eine Reihe von Möglichkeiten Krümmungssensoren zur Erfassung der Bewegung 2 zu integrieren , Schersensoren für die Entwicklung von funktionellen Roboter Aktuatoren 3, zu integrieren und sicher 4 Biosensoren durch den Nachweis eines Analyten im Schweiß zu integrieren. Moderne tragbare Technologie beruht auf Kohlenstoff basierenden Halbleitermaterialien, die elektronische Geräte mit einzigartigen Eigenschaften zu liefern. Die &quot;weichen&quot; Art von organischen Stoffen bietet bessere mechanische Eigenschaften für den menschlichen Körper im Vergleich zu herkömmlichen Festkörperelektronik Schnittstelle. Diese mechanische Kompatibilität, gepaart mit mechanisch flexiblen Substraten, ermöglicht die Verwendung von nicht-ebenen Formfaktoren in Geräten wie Textilien. Die Verwendung von organischen Stoffen ist auch relevant in Life Sciences aufgrund ihrer gemischten electronic und Ionenleitfähigkeit 5. Außerdem ermächtigen organischen Halbleiter- und optoelektronischen Materialien eine Vielzahl von Funktionsgeräte mit Display, Transistor, Logik und Leistungsfähigkeiten 6, 7, 8, 9. Die Hauptschwierigkeit bei der Herstellung von solchen organischen Vorrichtungen ist die kontrollierte Abscheidung von Funktionsmaterialien auf die nicht ebenen Oberflächen von Textilien. Herkömmliche Mikrofabrikationstechniken werden durch die Unverträglichkeit des Abscheidungsprozesses mit der strukturellen Dimensionalität von textilen Substraten in erster Linie beschränkt. Hier beschreiben wir eine einfache und skalierbare Herstellungsprotokoll, das auf strukturierte Textilien aus leitfähigen Polymeren für die selektive Abscheidung ermöglicht. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht die Herstellung von tragbaren und konforme elektronische Geräte. Der Ansatz basiert auf der Strukturierung der commercially verfügbar leitende Polymer Poly (3,4-ethylendioxythiophen): Poly (styrolsulfonat) (PEDOT: PSS) und ein elastomeres Schablonenmaterial Polydimethylsiloxan (PDMS) auf Textil. Diese Kombination ermöglicht die effiziente Begrenzung der wässrigen PEDOT: PSS-Lösung sowie für die Beibehaltung der Weich und dehnbaren Eigenschaften von Textilien. Dieses einfache und zuverlässige Herstellungsmethode bereitet den Weg für die Herstellung einer Vielzahl von elektronischen Geräten direkt auf Textilien in einer kosteneffizienten und industriell skalierbar.

<table><tbody><tr><td>SYLGARD 184, Silikonelastomer-Kit (Basis und Härter)</td><td>Dow Corning</td><td></td><td>PDMS Elastomer</td></tr><tr><td colspan="4">Die leitende Polymerformulierung</td></tr><tr><td>CleviosTM PH 1000 PEDOT:PSS</td><td>Heraeus</td><td></td><td>Leitfähiges Polymer</td></tr><tr><td>Ethylenglykol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>03750-250ML</td><td>Lösungsmittel (EG), CAS: 107-21-1</td></tr><tr><td>3- Methacryloxypropyltrimethoxysilan</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M6514</td><td>Cros-Linker (GOPs), CAS: 2530-85-0</td></tr><tr><td>4-Dodecylbenzolsulfonsäure</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>44198</td><td>DBSA; CAS: 121-65-3</td></tr><tr><td colspan="4">Die ionische Flüssigkeit Gel</stark></td></tr><tr><td>UV-Lampe DFE 2340</td><td>C.I.F/ ATHELEC</td><td>DP134</td><td>UV-365 nm</td></tr><tr><td>1-Ethyl-3-methylimidazoliumethylsulfat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>51682-100G-F</td><td>Ionische Flüssigkeit (IL), CAS: 342573-75-5</td></tr><tr><td>Poly(ethylenglykol)-diacrylat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>455008-100ML</td><td>Mn 700, CAS: 26570-48-9</td></tr><tr><td>2-Hydroxy-2-methylpropiophenon</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>405655-50ML</td><td>Phot Initiator (PI), CAS: 7473-98-5</td></tr><tr><td>Das Textilgewebe</td><td>VWR</td><td>Spec-Wipe 7 Wipers</td><td>100% Interlock-Strickgewebe</td></tr><tr><td>aus Polyester Die Polyimidfolie</td><td>DuPont</td><td>HN100</td><td>Polyimidfolie mit 125 & Mikro; m Dicke</td></tr></tbody></table>

eine einfache und skalierbare herstellungsverfahren für organische elektronische vorrichtungen auf textilien

A Simple and Scalable Fabrication Method for Organic Electronic Devices on Textiles

Heute vereinen tragbare elektronische Geräte eine große Vielfalt an funktionalen, dehnbaren und flexiblen Technologien. In vielen Fällen können diese Geräte jedoch nicht unter alltäglichen Bedingungen getragen werden. Daher gelten Textilien allgemein als das beste Substrat für die Unterbringung elektronischer Geräte im tragbaren Gebrauch. In diesem Artikel beschreiben wir, wie organische elektroaktive Materialien auf Textilien aus einer Lösung auf einfache und skalierbare Weise selektiv strukturiert werden können. Diese vielseitige Abscheidungstechnik ermöglicht die Herstellung von tragbaren organischen elektronischen Geräten auf Kleidung.

Traditionelle Methoden für Farben oder Muster auf Textilien setzen auf entfernbaren Maskierungsschichten zu ermöglichen, die selektive Abscheidung von Farbstoffen anwenden. In 1 zeigen wir die Anpassung eines solchen Ansatzes zur Strukturierung von PEDOT: PSS Elektroden auf Textilien. Als Maskierungsschicht verwendeten wir hydrophobem Polydimethylsiloxan, das die nicht-steuerbaren Diffusion des wässrigen PEDOT zurückhalten kann: PSS-Lösung. Darüber hinaus kann die Weichh...

In diesem Beitrag stellen wir ein Protokoll selektiv organische Materialien auf Textilien zu deponieren, die für die direkte Integration von organischen elektronischen Vorrichtungen mit Wearables erlaubt. Die hergestellten Geräte können vollständig in Textilien integriert werden, deren mechanische Erscheinungsbild zu respektieren und ermöglicht Sensorfunktionen.

Eine einfache und skalierbare Herstellungsverfahren für organische elektronische Vorrichtungen auf Textilien

Today, wearable electronics devices combine a large variety of functional, stretchable, and flexible technologies. However, in many cases, these devices ...

Das übergeordnete Ziel dieses Strukturierungsverfahrens besteht darin, organische elektroaktive Materialien gezielt auf Textilien abzuscheiden, wodurch die Herstellung tragbarer organischer elektronischer Bauelemente direkt auf Kleidung ermöglicht wird. Diese Methode kann dazu beitragen, eine zentrale Fragestellung im Bereich der tragbaren Elektronik zu beantworten, insbesondere wie Elektronik nahtlos mit Kleidung integriert werden kann, um effizient mit dem menschlichen Körper zu interagieren. Der Hauptvorteil dieser Technik ergibt sich aus der elastischen Beschaffenheit der Textilien, die es ermöglicht, diese bequem in engem Kontakt mit der Haut zu tragen.Zunächst eine Idee zu dieser Methode. Wenn wir nach einer nicht traditionellen Möglichkeit suchen, organische Elektronik auf kostengünstige und industriell skalierbare Weise mit textilen Plattformen zu kombinieren. Diese Technik wurde von einer alten japanischen Kimono-Färbe-Technik inspiriert, die wir für heutige Mikrofertigungswerkzeuge und -umgebungen angepasst haben.Um das Verfahren zu beginnen, verwenden Sie einen Laserschneider, um ein vordefiniertes Elektrodenmuster in ein 125 µm dickes Polyamidblatt zu schneiden, um eine

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Biotechnik

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Soft-Lithographie Funktionalisierung und Strukturierung Oxydfreie Silizium und Germanium

Dieser Artikel beschreibt eine biofabrication Ansatz: Abscheidung von stimulierbaren Polysacchariden in Gegenwart des vorgespannt Elektroden, biokompatible Folien, die mit Zellen oder Proteine ​​funktionalisiert werden können, zu schaffen. Wir zeigen eine Tisch-Strategie für die Generation der Filme sowie ihre grundlegenden Verwendungen für die Erstellung interaktiver Oberflächen biofunktionalisierten für Lab-on-a-Chip-Anwendungen.

Bridging the Bio-elektronische Schnittstelle mit Biofabrication

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Dieses Protokoll beschreibt eine lösungsbasierte Fertigungsstrategie für hochleistungsfähige, flexible, transparente Elektroden mit voll eingebettetem, dickem Metallgewebe. Flexible transparente Elektroden, die durch dieses Verfahren hergestellt werden, zeigen unter den höchsten berichteten Leistungen, einschließlich des ultra-niedrigen Schichtwiderstandes, der hohen optischen Durchlässigkeit, der mechanischen Stabilität unter Biegung, der starken Substrathaftung, der Oberflächenglätte und der...

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