一种用于纺织品上有机电子器件的简单且可扩展的制备方法

该图案化工艺的总体目标是在纺织品上选择性地沉积有机电活性材料，从而能够在服装上直接制备可穿戴有机电子器件。该方法有助于解决可穿戴电子领域的一个关键问题，特别是如何将电子器件无缝集成到服装中，以高效地与人体相互作用。该技术的主要优势源于纺织品的弹性特性，这使得纺织品能够舒适地贴合皮肤穿着。

首先介绍该方法的思路。当我们寻求一种经济高效且可规模化应用于工业的非传统方式，将有机电子学与纺织品平台相结合时，这一技术受到日本传统和服染色工艺的启发，并针对当今的微加工工具和环境进行了改进与适配。

开始实验时，使用激光切割机将预先设计好的电极图案切割到一片厚度为125微米的聚酰亚胺薄膜上，以制成掩膜。然后取一片厚度为300微米、针织方向拉伸能力可达50%的100%锁边针织聚酯织物，将其固定在平坦且可移动的表面上。在通风橱中，使用自动涂布机以每分钟6米的速度将聚二甲基硅氧烷（PDMS）配方涂覆在聚酰亚胺掩膜上，湿膜厚度为200微米。

将织物轻轻放置在涂有PDMS的掩模上，使PDMS渗入纺织结构中，持续10分钟。对于热敏感织物，可在100摄氏度下退火10分钟，或在60摄氏度下退火20分钟。在通风橱中，将80毫升PEDOT:PSS分散液、20毫升乙二醇、40微升4-十二烷基苯磺酸和1毫升3-甲基丙烯酸丙酯混合均匀。

然后将混合物置于磁力搅拌器上搅拌。用刷涂法将PEDOT:PSS混合物涂覆在已掩膜的织物上，直至电极图案每平方厘米涂覆约一毫升混合物，且表面颜色均匀。PEDOT:PSS的刷涂步骤是关键步骤。

图案的方阻需约为 230 欧姆/方。移除聚酰亚胺掩膜后，在 110 摄氏度下固化电极图案 1 小时，或在 60 摄氏度下固化 2 小时（适用于对热敏感的织物）。要从织物上的 PEDOT:PSS 电极制备皮肤电极，首先准备一种凝胶混合物，其中包含体积分数 60% 的离子液体、35% 的交联剂和 5% 的光引发剂。

在通风橱中，用离子液体以每平方厘米20微升的量涂覆电极，然后通过滴铸法添加每平方厘米25微升的凝胶混合物。将涂覆后的电极暴露于365纳米紫外光下10至15分钟，使凝胶固化，形成皮肤电极。为在纺织品上的PEDOT:PSS电极上制备电容式传感器，需在通风橱中，将10比1的PDMS配方涂覆于织物上。

使用刮刀将PDMS配方均匀地涂覆在电极上，以去除多余的材料。根据织物的耐热性，将PDMS的绝缘层在最高100摄氏度下退火至少10分钟，以形成电容式传感器。采用此方法，已在针织和机织纺织品上制备出PEDOT:PSS电极。

针织聚酯材料的图案分辨率大于一毫米。在紧密针织或编织的织物上可获得更窄的分辨率。在针织织物上图案化的电极可作为拉伸传感器使用，无需进一步修改。

当织物被拉伸时，导电纤维的扭曲会导致电阻率发生变化。一个有机电化学晶体管阵列被图案化到编织的尼龙带子上，制成一种可穿戴汗液传感器，且无需进一步修饰。在凝胶中添加离子液体后，电极可作为可穿戴皮肤电极用于电生理监测。

或者，通过添加一层绝缘的PDMS可制成电容传感器。触摸电极会引起电容变化，从而实现可穿戴键盘的制备。紧密贴合的织物与有机柔性电极相结合，与传统的固态电子器件相比，能够提供更优的人体通信通道。

该方法可实现未来对现有服装进行智能电子设备的定制化改造。然而，该技术的一个关键且在某些情况下具有限制性的问题是材料、有机材料的耐久性以及可穿戴条件。