全噴墨打印多層材料的紡織電容器

供稿人：連偉龍，連芩
供稿單位：西安交通大學機械制造系統工程國家重點實驗室

在物聯網時代，電子紡織品提供了柔性電子產品可穿戴的可能，并且在生物醫(yī)學應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用單一導電材料來測量生物電勢，對于具有傳感、驅動、通信和能量存儲的多材料高功能電子紡織品，會造成器件結構過大不適合穿戴。為此，北卡羅來納州立大學的研究人員使用雙層聚合物電介質和金屬有機分解 (MOD) 銀墨水，全噴墨（無層壓過程）打印了多層結構的紡織電容器。結果展示了在噴墨打印過程中紡織品獨特的微結構和雙層介電層為可穿戴電子設備的機電性能提供了可能；并在經過了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構； (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構以及圖案樣品的光學圖像

研究人員提出了一種利用紡織品固有的微觀結構、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構和墨水具有粘附和芯吸行為，使之發(fā)生獨特的化學反應。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特的化學相互作用在絕緣多孔紡織基材方面發(fā)揮了重要作用，從而產生了高化學性能和機械耐久性，并且發(fā)現絕緣材料以及紡織紗線的化學特性對于保持液態(tài)銀墨水的導電能力和防止其滲透多孔織物非常重要。

該研究提出了應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。

參考文獻：
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.