Un método de fabricación simple y escalable para dispositivos electrónicos orgánicos sobre los Textiles

El objetivo general de este procedimiento de modelado es depositar selectivamente materiales electroactivos orgánicos en textiles, lo que permite la fabricación de dispositivos electrónicos orgánicos portátiles directamente en la ropa. Este método puede ayudar a responder una pregunta clave en el campo de la electrónica portátil, especialmente cómo integrar a la perfección la electrónica con la ropa para interactuar de manera eficiente con el cuerpo humano. La principal ventaja de esta técnica radica en la capacidad elástica de los textiles, que permite llevarlos cómodamente en estrecho contacto con la piel.

Primero una idea de este método. Cuando buscamos una forma no tradicional de combinar la electrónica orgánica con la plataforma textil de una manera rentable y escalable en la industria. Esta técnica se inspiró en la antigua técnica japonesa de teñido de kimonos, que adaptamos a las herramientas y al entorno de microfabricación actuales.

Para comenzar el procedimiento, use un cortador láser para cortar un patrón de electrodos prediseñado en una lámina de poliamida de 125 micrómetros de espesor para formar una máscara. A continuación, tome una lámina de 300 micrómetros de grosor de tejido de poliéster 100 % entrelazado con una capacidad de estiramiento en la dirección del punto de hasta el 50 %Asegúrela a una superficie plana y portátil. En una campana extractora, utilice una herramienta automática de fundición de cinta para recubrir la mascarilla de poliamida con una formulación de polidimetilsiloxano a seis metros por minuto hasta un espesor de película húmeda de 200 micrómetros.

Coloque suavemente la tela sobre la mascarilla recubierta de PDMS y deje que el PDMS se absorba en la estructura textil durante 10 minutos. Recocine el PDMS a 100 grados centígrados durante 10 minutos o a 60 grados centígrados durante 20 minutos para telas sensibles al calor. En la campana extractora, mezcle 80 mililitros de dispersión PEDOT:PSS, 20 mililitros de etilenglicol, 40 microlitros de ácido 4-dodecilbencenosulfónico y un mililitro de 3-propilmetacrilato.

A continuación, coloque la mezcla para remover en un agitador magnético. Cubra con pincel la mezcla PEDOT:PSS sobre la tela enmascarada hasta que el patrón de electrodos esté cubierto con aproximadamente un mililitro de la mezcla por centímetro cuadrado y parezca tener un color uniforme. El paso de recubrimiento con cepillo de PEDOT:PSS es el paso crítico.

La resistencia de la hoja del patrón debe ser de aproximadamente 230 ohmios cuadrados. Retire la mascarilla de poliamida y luego cure el patrón de electrodos a 110 grados centígrados durante una hora o a 60 grados centígrados durante dos horas para tejidos sensibles al calor. Para fabricar electrodos cutáneos a partir de electrodos PEDOT:PSS en textiles, primero prepare una mezcla de gel compuesta por un 60% de líquido iónico en volumen, un 35% de agente de reticulación y un 5% de fotoiniciador.

En una campana extractora, cubra los electrodos con 20 microlitros por centímetro cuadrado del líquido iónico y luego agregue 25 microlitros por centímetro cuadrado de la mezcla de gel por fundición por gota. Exponga los electrodos recubiertos a luz ultravioleta de 365 nanómetros durante 10 a 15 minutos para solidificar el gel y formar los electrodos cutáneos. Para fabricar sensores capacitivos a partir de electrodos PEDOT:PSS en textiles, en una campana extractora, aplique una formulación de PDMS de 10 a uno a la tela.

Utilice una escobilla de goma para distribuir uniformemente la formulación de PDMS sobre los electrodos para eliminar cualquier exceso. Recocine la capa aislante del PDMS hasta 100 grados centígrados durante al menos 10 minutos, dependiendo de la tolerancia al calor del tejido, para formar los sensores capacitivos. Con este método, los electrodos PEDOT:PSS se modelaron en tejidos de punto y tejidos.

La resolución del patrón del poliéster de punto es superior a un milímetro. Se pueden obtener resoluciones más estrechas en textiles de punto apretado o tejidos. Los electrodos modelados en tejidos de punto funcionan como sensores de estiramiento sin más modificaciones.

Cuando la tela se estira, la torsión de las fibras conductoras da como resultado un cambio en la resistividad. Un conjunto de transistores electroquímicos orgánicos se modeló en una cinta de nailon tejida, un sensor de sudor portátil, también sin más modificaciones. La adición de un líquido iónico en gel permitió que los electrodos funcionaran como electrodos cutáneos portátiles para el monitoreo electrofisiológico.

Alternativamente, la adición de una capa aislante de PDMS creó sensores de condensador. Al tocar los electrodos se produce un cambio en la capacitancia, lo que permite la fabricación de un teclado portátil. La combinación de textiles ajustados con electrodos orgánicos y blandos ofrece un canal de comunicación mejorado con el cuerpo humano en comparación con el dispositivo electrónico de estado sólido tradicional.

Este método permite la personalización futura de las prendas existentes con los dispositivos electrónicos inteligentes. Sin embargo, uno de los puntos críticos y, en algunos casos, limitantes de esta tecnología es que los materiales, la durabilidad de los materiales orgánicos y las condiciones de uso.