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              全噴墨打印多層材料的紡織電容器

              科研前沿
              2021
              11/02
              16:32
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              評(píng)論
              本帖最后由 小軟熊 于 2021-11-2 17:16 編輯

              供稿人:連偉龍,連芩
              供稿單位:西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

              在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,電子紡織品提供了柔性電子產(chǎn)品可穿戴的可能,并且在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中具有檢測(cè)人體信號(hào)等顯著優(yōu)勢(shì)。然而,電子紡織品的研究僅限于應(yīng)用單一導(dǎo)電材料來測(cè)量生物電勢(shì),對(duì)于具有傳感、驅(qū)動(dòng)、通信和能量存儲(chǔ)的多材料高功能電子紡織品,會(huì)造成器件結(jié)構(gòu)過大不適合穿戴。為此,北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員使用雙層聚合物電介質(zhì)和金屬有機(jī)分解 (MOD) 銀墨水,全噴墨(無層壓過程)打印了多層結(jié)構(gòu)的紡織電容器。結(jié)果展示了在噴墨打印過程中紡織品獨(dú)特的微結(jié)構(gòu)和雙層介電層為可穿戴電子設(shè)備的機(jī)電性能提供了可能;并在經(jīng)過了100多次的彎曲循環(huán)測(cè)試后,紡織電容器依然具有電氣性能。

              圖1 多材料墨水的噴墨打印電容器結(jié)構(gòu); (a) 逐層在PET 薄膜和 PET 紡織品上的噴墨打印 (b) 薄膜和紡織品電容器的結(jié)構(gòu)以及圖案樣品的光學(xué)圖像
              研究人員提出了一種利用紡織品固有的微觀結(jié)構(gòu)、墨水-纖維界面和噴墨工藝優(yōu)化的全噴墨打印紡織品電容器的新方法。該方法利用紡織品在電極水平與介電水平上的多孔結(jié)構(gòu)和墨水具有粘附和芯吸行為,使之發(fā)生獨(dú)特的化學(xué)反應(yīng)。如圖所示噴墨打印的聚氨酯丙烯酸酯和聚(4-乙烯基苯酚)(UA,PVP/PMF)墨水能夠在紡織品上形成平面化的雙層介電層,該雙層介電層界面處獨(dú)特的化學(xué)相互作用在絕緣多孔紡織基材方面發(fā)揮了重要作用,從而產(chǎn)生了高化學(xué)性能和機(jī)械耐久性,并且發(fā)現(xiàn)絕緣材料以及紡織紗線的化學(xué)特性對(duì)于保持液態(tài)銀墨水的導(dǎo)電能力和防止其滲透多孔織物非常重要。

              該研究提出了應(yīng)用不包含層壓過程的全噴墨打印在紡織品上靈活打印多層材料,為未來制造具有心率跟蹤或能量存儲(chǔ)等功能的可穿戴電子紡織品提供了新的方法。

              參考文獻(xiàn):
              Kim I, Ju B, Zhou Y, et al. Microstructures in All-Inkjet-Printed Textile Capacitors with Bilayer Interfaces of Polymer Dielectrics and Metal-Organic Decomposition Silver Electrodes[J]. ACS Appl Mater & Interfaces, 2021, 13 (20): 24081-24094.


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