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 發(fā)布日期：2021-10-23
在物聯(lián)網(wǎng)時代，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)用中具有檢測人體信號等顯著優(yōu)勢。然而，電子紡織品的研究僅限于應(yīng)用單一導(dǎo)電材料來測量生物電勢，對于具有傳感、驅(qū)動、通信和能量存儲的多材料高功能電子紡織品，會造成器件結(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等功能的可穿戴電子紡織品提供了新的方法。