Простой и масштабируемый способ изготовления для органических электронных устройств по текстилю

Общая цель этой процедуры выкройки заключается в выборочном осаждении органических электроактивных материалов на текстиль, что позволяет изготавливать носимые органические электронные устройства непосредственно на одежде. Этот метод может помочь ответить на ключевой вопрос в области носимой электроники, особенно на то, как бесшовно интегрировать электронику с одеждой для эффективного взаимодействия с человеческим телом. Основное преимущество данной методики заключается в эластичности текстиля, что позволяет комфортно носить этот текстиль при тесном контакте с кожей.

Сначала представление об этом методе. Когда мы ищем нетрадиционный способ объединения органической электроники с текстильной платформой экономически эффективным и масштабируемым для отрасли способом. Эта техника была вдохновлена старой японской техникой окрашивания кимоно, которую мы адаптировали для современных инструментов микропроизводства и окружающей среды.

Чтобы начать процедуру, с помощью лазерного резака вырежьте предварительно разработанную схему электродов на листе полиамида толщиной 125 микрометров, чтобы сформировать маску. Затем возьмите лист толщиной 300 микрометров из 100% трикотажной полиэфирной ткани с возможностью растяжения до 50% в направлении вязки. Закрепите его на плоской портативной поверхности. В вытяжном шкафу используйте инструмент для автоматического литья ленты, чтобы покрыть полиамидную маску составом полидиметилсилоксана со скоростью шесть метров в минуту до толщины влажной пленки 200 микрометров.

Аккуратно положите ткань на маску с покрытием PDMS и дайте PDMS впитаться в текстильную структуру в течение 10 минут. Отжигайте PDMS при 100 градусах Цельсия в течение 10 минут или при 60 градусах Цельсия в течение 20 минут для термочувствительных тканей. В вытяжном шкафу смешайте 80 миллилитров дисперсии PEDOT:PSS, 20 миллилитров этиленгликоля, 40 микролитров 4-додецилбензолсульфоновой кислоты и один миллилитр 3-пропилметакрилата.

Затем поместите смесь перемешать на магнитную мешалку. Нанесите смесь PEDOT:PSS кистью на ткань в маске до тех пор, пока электродный узор не будет покрыт примерно одним миллилитром смеси на квадратный сантиметр и не станет однородным по цвету. Этап нанесения покрытия кистью PEDOT:PSS является критически важным.

Сопротивление листа шаблона должно быть около 230 Ом квадратный. Снимите полиамидную маску, затем отверждите электрод при температуре 110 градусов Цельсия в течение одного часа или при 60 градусах Цельсия в течение двух часов для термочувствительных тканей. Чтобы изготовить кожные электроды из электродов PEDOT:PSS на текстильных изделиях, сначала приготовьте гелевую смесь, состоящую на 60% из объемной ионной жидкости, на 35% сшивающего агента и на 5% фотоинициатора.

В вытяжном шкафу покройте электроды 20 микролитрами на квадратный сантиметр ионной жидкости, а затем добавьте 25 микролитров на квадратный сантиметр гелевой смеси методом капельного литья. Подвергайте электроды с покрытием воздействию ультрафиолетового излучения с яркостью 365 нанометров в течение 10–15 минут, чтобы гель затвердел и сформировал кожные электроды. Чтобы изготовить емкостные датчики из электродов PEDOT:PSS на текстильных изделиях, в вытяжном шкафу нанесите на ткань 10 к одному составу PDMS.

С помощью скребка равномерно распределите состав PDMS по электродам, чтобы удалить излишки. Отжигите изоляционный слой PDMS при температуре до 100 градусов Цельсия в течение не менее 10 минут, в зависимости от термостойкости ткани, для формирования емкостных датчиков. Используя этот метод, электроды PEDOT:PSS были нанесены на трикотажные и тканые ткани.

Разрешение рисунка трикотажного полиэстера составляет более одного миллиметра. Более узкое разрешение можно получить на плотно вязаном или тканом текстиле. Электроды с рисунком на трикотажных тканях функционируют как датчики растяжения без дальнейших модификаций.

Когда ткань растягивается, скручивание проводящих волокон приводит к изменению удельного сопротивления. Массив органических электрохимических транзисторов был нанесен на тканую нейлоновую ленту, носимый датчик пота, также без дальнейших модификаций. Добавление ионной жидкости в гель позволило электродам функционировать в качестве носимых кожных электродов для электрофизиологического мониторинга.

Как вариант, добавление изолирующего слоя PDMS создавало конденсаторные датчики. Прикосновение к электродам приводит к изменению емкости, что позволяет изготовить носимую клавиатуру. Комбинация плотно прилегающего текстиля с органическими и мягкими электродами обеспечивает улучшенный канал связи с человеческим телом по сравнению с традиционным твердотельным электронным устройством.

Этот метод позволяет в будущем кастомизировать существующую одежду с помощью интеллектуальных электронных устройств. Однако одним из критических, а в некоторых случаях и ограничивающих моментов этой технологии являются материалы, долговечность органических материалов и износостойкость.