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

El objetivo general de este procedimiento de patrones es depositar selectivamente materiales electroactivos orgánicos sobre textiles, lo que permite la fabricación directa de dispositivos electrónicos orgánicos portátiles sobre la ropa. Este método puede ayudar a responder una pregunta clave en el campo de la electrónica vestible, especialmente cómo integrar de forma perfecta los dispositivos electrónicos con la ropa para interactuar eficientemente con el cuerpo humano. La principal ventaja de esta técnica proviene de la capacidad elástica de los textiles, que permite usarlos cómodamente en contacto cercano con la piel.

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

Para comenzar el procedimiento, utilice un cortador láser para cortar un patrón de electrodo previamente diseñado en una lámina de poliamida de 125 micrómetros de espesor y formar una máscara. Luego, tome una lámina de tela de poliéster 100 % tejida entrelazada con una capacidad de estiramiento en la dirección del tejido de hasta el 50 % y sujétela a una superficie plana y portátil. En una campana extractora, utilice una herramienta automática de colado en cinta para recubrir la máscara de poliamida con una formulación de polidimetilsiloxano a seis metros por minuto y un espesor de película húmeda de 200 micrómetros.

Coloque suavemente la tela sobre la máscara recubierta con PDMS y permita que el PDMS sea absorbido por la estructura textil durante 10 minutos. Temple el PDMS a 100 grados Celsius durante 10 minutos o a 60 grados Celsius durante 20 minutos para telas sensibles al calor. En la campana extractora, mezcle 80 mililitros de dispersión de PEDOT:PSS, 20 mililitros de etilenglicol, 40 microlitros de ácido 4-dodecilbencenosulfónico y un mililitro de 3-propilmetacrilato.

Luego, coloque la mezcla sobre un agitador magnético para agitarla. Aplique la mezcla de PEDOT:PSS sobre la tela enmascarada con un pincel hasta que el patrón del electrodo esté recubierto con aproximadamente un mililitro de la mezcla por centímetro cuadrado y presente un color uniforme. El paso de recubrimiento con pincel del PEDOT:PSS es el paso crítico.

La resistencia de la hoja del patrón debe ser de aproximadamente 230 ohm por cuadrado. Retire la máscara de poliamida y luego cure el patrón del electrodo a 110 grados Celsius durante una hora o a 60 grados Celsius durante dos horas, en el caso de tejidos sensibles al calor. Para fabricar electrodos cutáneos a partir de electrodos de PEDOT:PSS sobre textiles, primero prepare una mezcla de gel compuesta por 60 % en volumen de líquido iónico, 35 % de agente de entrecruzamiento y 5 % de fotoiniciador.

En una campana extractora, recubra los electrodos con 20 microlitros por centímetro cuadrado del líquido iónico y luego añada 25 microlitros por centímetro cuadrado de la mezcla de gel mediante goteo. Exponga los electrodos recubiertos a luz UV 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 de PEDOT:PSS sobre textiles, en una campana extractora, aplique de 10 a uno de la formulación de PDMS sobre el tejido.

Utilice una rasqueta para extender uniformemente la formulación de PDMS sobre los electrodos y eliminar cualquier exceso. Recocer la capa aislante de PDMS a una temperatura de hasta 100 grados Celsius durante al menos 10 minutos, según la tolerancia al calor de la tela, para formar los sensores capacitivos. Mediante este método, se configuraron electrodos de PEDOT:PSS sobre textiles de punto y tejidos.

La resolución de patrón del poliéster tejido es mayor que un milímetro. Se pueden obtener resoluciones más estrechas en textiles tejidos apretadamente o en telas. Los electrodos configurados sobre textiles tejidos funcionan como sensores de estiramiento sin modificaciones adicionales.

Cuando el tejido se estira, la torsión de las fibras conductoras provoca un cambio en la resistividad. Se diseñó una matriz de transistores electroquímicos orgánicos sobre una cinta de nailon tejida, un sensor de sudor portátil, también sin modificaciones adicionales. 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 capacitivos. El contacto con los electrodos provoca un cambio en la capacitancia, lo que permite la fabricación de un teclado wearable. La combinación de textiles ajustados con electrodos orgánicos y flexibles ofrece un canal de comunicación mejorado con el cuerpo humano en comparación con el dispositivo electrónico tradicional en estado sólido.

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