Un metodo semplice e scalabile di fabbricazione per dispositivi elettronici organici sui tessili

L'obiettivo generale di questa procedura di modellizzazione è quello di depositare selettivamente materiali elettroattivi organici sui tessuti, il che consente la fabbricazione di dispositivi elettronici organici indossabili direttamente sui vestiti. Questo metodo può aiutare a rispondere a una domanda chiave nel campo dell'elettronica indossabile, in particolare come integrare perfettamente l'elettronica con l'abbigliamento per interagire in modo efficiente con il corpo umano. Il vantaggio principale di questa tecnica deriva dalla capacità elastica dei tessuti, che consente di indossarli comodamente a stretto contatto con la pelle.

Prima un'idea di questo metodo. Quando cerchiamo un modo non tradizionale per combinare l'elettronica organica con la piattaforma tessile in modo efficiente in termini di costi e scalabile nel settore. Questa tecnica è stata ispirata dall'antica tecnica giapponese di tintura del kimono, che abbiamo adattato per gli strumenti e l'ambiente di microfabbricazione di oggi.

Per iniziare la procedura, utilizzare una taglierina laser per tagliare un modello di elettrodi pre-progettato in un foglio di poliammide spesso 125 micrometri per formare una maschera. Quindi prendi un foglio di 300 micrometri di tessuto in poliestere a maglia interlock al 100% con una capacità di allungamento della direzione della maglia fino al 50%Fissalo su una superficie piana e portatile. In una cappa aspirante, utilizzare uno strumento automatico di colata del nastro per rivestire la maschera in poliammide con una formulazione di polidimetilsilossano a sei metri al minuto fino a uno spessore del film umido di 200 micrometri.

Posizionare delicatamente il tessuto sulla maschera rivestita di PDMS e lasciare che il PDMS venga assorbito dalla struttura tessile per 10 minuti. Ricuocere il PDMS a 100 gradi Celsius per 10 minuti o a 60 gradi Celsius per 20 minuti per tessuti sensibili al calore. Nella cappa aspirante, mescolare 80 millilitri di dispersione PEDOT:PSS, 20 millilitri di glicole etilenico, 40 microlitri di acido 4-dodecilbenzensolfonico e un millilitro di 3-propilmetacrilato.

Quindi posizionare il composto da mescolare su un agitatore magnetico. Spennellare la miscela PEDOT:PSS sul tessuto mascherato fino a quando il modello dell'elettrodo non è rivestito con circa un millilitro di miscela per centimetro quadrato e appare di colore uniforme. La fase di rivestimento a pennello di PEDOT:PSS è la fase critica.

La resistenza del foglio del modello deve essere di circa 230 ohm quadrati. Rimuovere la maschera in poliammide, quindi polimerizzare il modello di elettrodi a 110 gradi Celsius per un'ora o a 60 gradi Celsius per due ore per tessuti sensibili al calore. Per fabbricare elettrodi cutanei da elettrodi PEDOT:PSS su tessuti, preparare prima una miscela di gel composta per il 60% in volume di liquido ionico, per il 35% di agente reticolante e per il 5% di fotoiniziatore.

In una cappa aspirante, rivestire gli elettrodi con 20 microlitri per centimetro quadrato di liquido ionico, quindi aggiungere 25 microlitri per centimetro quadrato della miscela di gel mediante colata a goccia. Esporre gli elettrodi rivestiti alla luce UV a 365 nanometri per 10-15 minuti per solidificare il gel e formare gli elettrodi cutanei. Per fabbricare sensori capacitivi da elettrodi PEDOT:PSS su tessuti, in una cappa aspirante, applicare una formulazione PDMS 10 a uno sul tessuto.

Utilizzare una spatola per distribuire uniformemente la formulazione PDMS sugli elettrodi per rimuovere l'eccesso. Ricuocere lo strato isolante del PDMS fino a 100 gradi Celsius per almeno 10 minuti, a seconda della tolleranza al calore del tessuto, per formare i sensori capacitivi. Utilizzando questo metodo, gli elettrodi PEDOT:PSS sono stati modellati su tessuti a maglia e tessuti.

La risoluzione del modello del poliestere lavorato a maglia è maggiore di un millimetro. Risoluzioni più strette possono essere ottenute su tessuti a maglia fitta o tessuti. Gli elettrodi modellati sui tessuti a maglia funzionano come sensori di elasticità senza ulteriori modifiche.

Quando il tessuto viene teso, la torsione delle fibre conduttive provoca un cambiamento nella resistività. Un array di transistor elettrochimici organici è stato modellato su un nastro di nylon intrecciato, un sensore di sudore indossabile, anch'esso senza ulteriori modifiche. L'aggiunta di un liquido ionico in gel ha permesso agli elettrodi di funzionare come elettrodi cutanei indossabili per il monitoraggio elettrofisiologico.

In alternativa, l'aggiunta di uno strato PDMS isolante ha creato sensori di condensatori. Il contatto con gli elettrodi provoca un cambiamento di capacità, consentendo la fabbricazione di una tastiera indossabile. La combinazione di tessuti aderenti con elettrodi organici e morbidi offre un canale di comunicazione migliorato con il corpo umano rispetto al tradizionale dispositivo elettronico a stato solido.

Questo metodo consente la futura personalizzazione dei capi esistenti con i dispositivi elettronici intelligenti. Tuttavia, uno dei punti critici e in alcuni casi limitanti di questa tecnologia è che i materiali, la durata dei materiali organici e le condizioni di indossabilità.