テキスタイル上の有機電子デバイスのためのシンプルでスケーラブルな製造方法

このパターニング手順の全体的な目標は、有機電気活性材料をテキスタイル上に選択的に堆積させることであり、これによりウェアラブル有機電子デバイスを衣服に直接製造できるようになります。この方法は、ウェアラブル電子機器の分野における重要な問題、特に電子機器を衣服とシームレスに統合して人体と効率的に相互作用する方法に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、テキスタイルの弾力性に由来し、肌との密接な接触でこのテキスタイルを快適に着用することができます。

まず、この方法のアイデア。有機エレクトロニクスとテキスタイルプラットフォームをコスト効率が高く、業界でスケーラブルな方法で組み合わせる非伝統的な方法を探しているとき。この技術は、日本の古い着物の染色技術に触発され、今日の微細加工ツールや環境に適応しました。

手順を開始するには、レーザーカッターを使用して、事前に設計された電極パターンを厚さ125マイクロメートルのポリアミドシートに切断し、マスクを形成します。次に、厚さ300マイクロメートルの100%インターロックニットポリエステル生地のシートを取り、ニット方向の最大50%のストレッチ能力でこれを平らでポータブルな表面に固定します。ドラフト内で、自動テープキャストツールを使用して、ポリアミドマスクをポリジメチルシロキサン配合物で毎分6メートル、ウェットフィルムの厚さ200マイクロメートルにコーティングします。

PDMSコーティングされたマスクに生地をそっと置き、PDMSをテキスタイル構造に10分間吸収させます。PDMSを摂氏100度で10分間、または摂氏60度で20分間アニールします。ヒュームフード内で、80ミリリットルのPEDOT:PSS分散液、20ミリリットルのエチレングリコール、40マイクロリットルの4-ドデシルベンゼンスルホン酸、および1ミリリットルの3-プロピルメタクリレートを混合します。

次に、混合物をマグネチックスターラーに載せて攪拌します。マスキングされた布地にPEDOT:PSS混合物をブラシコーティングし、電極パターンが1センチメートルの2乗あたり約1ミリリットルの混合物でコーティングされ、色が均一に見えるまで塗布します。PEDOT:PSSのブラシコーティングステップは重要なステップです。

パターンのシート抵抗は約230オームの正方形である必要があります。ポリアミドマスクを取り外し、電極パターンを摂氏110度で1時間硬化させるか、熱に弱い生地の場合は摂氏60度で2時間硬化させます。PEDOT:PSS電極から繊維上に皮膚電極を作製するには、まず、イオン液体60体積%、架橋剤35%、光開始剤5%からなるゲル混合物を調製します。

ヒュームフードで、イオン液体の20マイクロリットル/センチメートルの2乗で電極をコーティングし、次にドロップキャスティングによってゲル混合物の25マイクロリットル/センチメートルの25リットルを追加します。コーティングされた電極を365ナノメートルの紫外線に10〜15分間さらして、ゲルを固化させ、皮膚電極を形成します。PEDOT:PSS電極から繊維上の静電容量センサーを製造するには、ドラフト内で、布地に10対1のPDMS配合を適用します。

スキージを使用してPDMS配合を電極上に均等に広げ、余分なものを取り除きます。PDMSの絶縁層を摂氏100度まで、布地の耐熱性にもよりますが、少なくとも10分間アニールして、静電容量センサーを形成します。この方法を用いて、PEDOT:PSS電極をニットや織物にパターニングした。

ニットポリエステルのパターニング解像度は1ミリメートル以上です。より狭い解像度は、しっかりと編まれたテキスタイルまたは織られたテキスタイルで得ることができます。ニットテキスタイルにパターン化された電極は、それ以上の変更を加えることなくストレッチセンサーとして機能します。

生地を伸ばすと、導電性繊維のねじれにより抵抗率が変化します。有機電気化学トランジスタアレイは、ウェアラブルスウェットセンサーであるナイロンリボンにパターン化されましたが、これも追加の変更はありません。ゲル中にイオン液体を添加することで、電極は電気生理学的モニタリング用のウェアラブル皮膚電極として機能することができました。

あるいは、絶縁PDMS層を追加することで、コンデンサセンサーが作成されました。電極に触れると静電容量が変化し、ウェアラブルキーボードの製作が可能になります。密接にフィットするテキスタイルと有機電極および軟電極の組み合わせにより、従来の固体電子デバイスと比較して、人体との通信チャネルが改善されます。

この方法により、スマート電子デバイスを使用して既存の衣服を将来カスタマイズできます。ただし、このテクノロジーの重要で場合によっては制限的なポイントの1つは、材料、有機材料の耐久性、およびウェアラブル条件です。