2017년 3월 13일
본 논문에서는 선택적으로 웨어러블 유기 전자 장치의 직접 통합 할 수 섬유에 유기 물질을 증착하는 프로토콜을 제시한다. 제작 된 소자는 완전히 기계적 모양을 존중하고 감지 기능을 가능하게 직물에 통합 될 수있다.
이 패터닝 절차의 전반적인 목표는 직물에 유기 전기 활성 물질을 선택적으로 증착하여 의류에 직접 웨어러블 유기 전자 장치를 제조할 수 있도록 하는 것입니다. 이 방법은 웨어러블 전자 장치 분야의 핵심 질문, 특히 전자 장치를 의류와 원활하게 통합하여 인체와 효율적으로 상호 작용하는 방법에 대한 답을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 직물의 탄성 능력에서 비롯되며,이를 통해이 직물을 피부와 밀착되어 편안하게 착용 할 수 있습니다.
먼저이 방법에 대한 아이디어입니다. 비용 효율적이고 산업 확장 가능한 방식으로 유기 전자 제품과 섬유 플랫폼을 결합하는 비전통적인 방법을 찾을 때. 이 기술은 오래된 일본 기모노 염색 기술에서 영감을 받아 오늘날의 미세 제작 도구와 환경에 맞게 조정했습니다.
절차를 시작하려면 레이저 절단기를 사용하여 미리 설계된 전극 패턴을 125마이크로미터 두께의 폴리아미드 시트로 절단하여 마스크를 형성합니다. 그런 다음 최대 50%의 니트 방향 스트레치 기능이 있는 300마이크로미터 두께의 100% 인터록 니트 폴리에스터 원단을 사용하여 이것을 평평하고 휴대할 수 있는 표면에 고정합니다. 흄 후드에서 자동 테이프 주조 도구를 사용하여 폴리아미드 마스크를 폴리디메틸실록산 제형으로 분당 6미터로 200마이크로미터의 습식 필름 두께로 코팅합니다.
PDMS 코팅 마스크에 천을 부드럽게 놓고 PDMS가 10분 동안 섬유 구조에 흡수되도록 합니다. PDMS를 섭씨 100도에서 10분 동안 또는 섭씨 60도에서 20분 동안 어닐링합니다. 흄 후드에서 80 밀리리터의 PEDOT:PSS 분산액, 20 밀리리터의 에틸렌 글리콜, 40 마이크로리터의 4-도데실벤젠설폰산, 1 밀리리터의 3-프로필메타크릴레이트를 함께 혼합합니다.
그런 다음 혼합물을 자석 교반기에 넣고 저어줍니다. 전극 패턴이 제곱센티미터당 약 1밀리리터의 혼합물로 코팅되고 색상이 균일하게 나타날 때까지 마스킹된 직물 위에 PEDOT:PSS 혼합물을 브러시 코팅합니다. PEDOT : PSS의 브러시 코팅 단계는 중요한 단계입니다.
패턴의 표면 저항은 약 230옴 정사각형이어야 합니다. 폴리아미드 마스크를 제거한 다음 전극 패턴을 섭씨 110도에서 1시간 동안 또는 섭씨 60도에서 2시간 동안 경화시킵니다. 섬유의 PEDOT : PSS 전극으로 피부 전극을 제작하려면 먼저 60 % 부피 이온 액체, 35 % 가교제 및 5 % 광개시제로 구성된 겔 혼합물을 준비하십시오.
흄 후드에서 이온 성 액체의 제곱 센티미터 당 20 마이크로 리터로 전극을 코팅 한 다음 드롭 캐스팅으로 젤 혼합물의 센티미터 제곱 당 25 마이크로 리터를 첨가하십시오. 코팅된 전극을 365나노미터 자외선에 10-15분 동안 노출시켜 겔을 응고시키고 피부 전극을 형성합니다. 섬유의 PEDOT:PSS 전극으로 정전식 센서를 제작하려면 흄 후드에서 직물에 10:1 PDMS 제형을 적용합니다.
스퀴지를 사용하여 PDMS 제형을 전극에 고르게 펴서 초과분을 제거합니다. PDMS의 절연층을 최대 섭씨 100도에서 직물의 내열력에 따라 최소 10분 동안 어닐링하여 정전식 센서를 형성합니다. 이 방법을 사용하여 PEDOT:PSS 전극을 니트 및 직조 직물에 패턴화했습니다.
니트 폴리에스터의 패터닝 해상도는 1mm보다 큽니다. 더 좁은 해상도는 촘촘하게 짜여지거나 짠 직물에서 얻을 수 있습니다. 니트 직물에 패턴화된 전극은 추가 수정 없이 스트레치 센서로 작동합니다.
직물이 늘어날 때 전도성 섬유가 꼬이면 저항률이 변합니다. 유기 전기화학 트랜지스터 어레이는 착용할 수 있는 땀 센서인 직조된 나일론 리본에 패턴화되었으며 추가 수정 없이 수행되었습니다. 젤에 이온 액체를 첨가하면 전극이 전기 생리학적 모니터링을 위한 착용 가능한 피부 전극으로 기능할 수 있었습니다.
또는 절연 PDMS 층을 추가하여 커패시터 센서를 생성했습니다. 전극을 만지면 커패시턴스 변화가 발생하여 웨어러블 키보드를 제작할 수 있습니다. 밀착 섬유와 유기 및 연질 전극의 조합은 기존의 고체 전자 장치에 비해 인체와의 향상된 통신 채널을 제공합니다.
이 방법을 사용하면 향후 스마트 전자 장치로 기존 의류를 맞춤화할 수 있습니다. 그러나 이 기술의 중요하고 경우에 따라 제한되는 점 중 하나는 재료, 유기 재료의 내구성 및 착용 가능한 조건입니다.
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이 연구는 섬유에 유기 전기 활성 물질을 선택적으로 증착하는 새로운 프로토콜을 제시하며, 착용 가능한 유기 전자 장치를 직접 의류에 통합하는 것을 용이하게 합니다. 이 방법은 착용감과 기계적 무결성을 유지하면서 전자 장치와 인체 간의 상호 작용을 향상시킵니다.
This method enables scalable integration of organic electronics into textiles, addressing a key challenge in wearable device development: achieving seamless electronic-textile interfaces without compromising comfort or mechanical properties. By adapting historical patterning techniques for modern micro-fabrication, it offers a cost-effective pathway for producing wearable sensors and electrodes directly on clothing. This supports early-stage discovery of bio-integrated systems where mechanical conformity and user compliance are critical for data fidelity and longitudinal monitoring.
The method fits within the discovery continuum from early biological hypothesis testing to preclinical validation, particularly for applications requiring longitudinal, ambulatory physiological monitoring where electrode-tissue interface stability is paramount.