The authors would like to acknowledge the BPI PIAVE AUTONOTEX grant for the financial support.

1. patterning polimeri conduttori sul tessile <ol><li> Fix a 10 cm x 10 cm strato tessile su una superficie piana per una facile movimentazione durante il processo. Per tessile, utilizzare un interblocco tessuto lavorato a maglia 100% poliestere con spessore di 300 um e una capacità maglia direzione di stiro fino al 50%. </li><li> Per fare una maschera con il motivo patterning, utilizzare un poliimmide film 125 micron di spessore; un esempio del modello è illustrato in Figura 1. <ol><li> Utilizzare una taglierina laser (ad esempio, Protolaser S, LPKF) al modello della maschera poliimmide 10; il disegno del modello di un elettrodo è illustrato in Figura 1. </li><li> Coat formulazione PDMS (10: 1 base per curare rapporto agent) sulla parte superiore della maschera (film poliimmide) utilizzando uno strumento automatico del nastro di colata (K controllo di stampa-coater, racla) con uno spessore di film umido di 200 micron e ad un 6 m / min velocità di rivestimento. Uso circa 0,5 mL di una maschera di 3 cm x 5 cm. eseguire °è processo sotto la cappa. </li></ol></li><li> Delicatamente trasferire il tessuto alla maschera PDMS rivestita. Lasciare per 10 min, dopo di che i PDMS dovrebbero essere pienamente assorbiti nella struttura tessile. </li><li> Curare il campione in un atmosferica a 100 ° C per 10 min. </li><li> Preparare il polimero conduttore: PEDOT PSS dispersione (80 mL), glicol etilenico (20 mL), acido 4-dodecilbenzensolfonico (40 mL), e 3-metacrilossipropiltrimetossisilano (1 mL) nella cappa. </li><li> Spazzola-coat la PEDOT: soluzione PSS sull&#39;area-PDMS libere del tessuto fino ad una penetrazione omogenea della soluzione ottenuta. Ripetere questo passaggio per ottenere un modello di colore uniforme. Applicare circa 1 ml / cm 2. </li><li> Cure tessuto a 110 ° C per 1 h per asciugare il PEDOT: soluzione PSS. Ridurre la temperatura a 60 ° C per tessuti che sono sensibili al trattamento ad alta temperatura, come il nylon. </li></ol> 2. fabbricazione di dispositivi organici NOTA: Il protocollo nella sezione 1 describes la deposizione selettiva di materiali conduttori sul tessile. Le sezioni seguenti descrivono gli ulteriori passi necessari per fabbricare dispositivi organici, come i sensori stretch, transistor OECT, elettrodi cutanei e sensori capacitivi. <ol><li> Per fabbricare sensori stirata, mostrati in figura 3a, modello dei cavi degli elettrodi sul tessuto, come descritto al punto 1, punti 1.1-1.5. NOTA: Un esempio del modello di progettazione è mostrato in figura 3a. La fabbricazione di tali sensori non richiede alcuna operazione aggiuntiva. </li><li> Per realizzare il progetto transistore mostrato in Figura 3b, modello gli array di transistor su un nastro di nylon tessuto seguendo la procedura descritta nella sezione 1. modificare leggermente la ricottura PDMS e PEDOT PSS curare misure per evitare la degradazione termica di nylon da una cottura a 60 ° C per un tempo più lungo. </li><li> Per la fabbricazione di elettrodi cutanei, illustrata nella figura 3c, depositare unogel ionico sulla PEDOT fantasia: tessile PSS. <ol><li> Preparare una miscela gel liquido ionico contenente il liquido ionico, 1-etil-3-methylimidazolium-etil solfato; l&#39;agente reticolante, poli (etilene glicol) diacrilato; e il fotoiniziatore, 2-idrossi-2-methylpropiophenone a (v / v) rapporto 0,6 / 0,35 / 0,05, rispettivamente. </li><li> Rivestire la PEDOT: elettrodi PSS con liquido ionico (20 l / cm 2) e aggiungere la miscela di gel liquido ionico a partire dal punto 2.3.1 (25 ml / cm 2) a goccia casting. </li><li> Esporre alla luce UV (365 nm) per avviare una reazione di reticolazione per 10-15 minuti, fino a quando i solidifica gel. Eseguire questo passaggio nella cappa. Utilizzare una gabbia di protezione UV durante l&#39;esposizione ai raggi UV. </li></ol></li><li> Per capacitivo fabbricazione del sensore, utilizzare PEDOT: elettrodi tessili PSS coibentati con materiale isolante (figura 3d). <ol><li> Isolare la tastiera simile PEDOT: elettrodi PSS utilizzando i PDMS; il design della tastiera può essere visto in Figura 2b &lt;/ Strong&gt;. Distribuire la formulazione PDMS sulla parte superiore del tessuto e rimuovere l&#39;eccesso con una spatola. </li><li> Posizionare il tessuto in un forno a 100 ° C per 10 min. Eseguire questo passaggio nella cappa. </li></ol></li></ol>

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</ol>

The authors have nothing to disclose.

Il patterning di materiali conduttori è uno dei primi passi nella fabbricazione di dispositivi elettronici funzionali. Questo può diventare difficile, come il processo di fabbricazione deve tener conto delle proprietà chimiche e fisiche di tali materiali, e il flusso di processo deve considerare il materiale trasversale compatibilità tra le fasi di fabbricazione. Nella microfabbricazione di dispositivi elettronici organici, questi due aspetti sono ancora più significativi a causa della natura altamente reattiva di sostanze organiche. Oggi, tuttavia, i materiali organici sono estremamente attraenti per elettronica indossabile e flessibili per le loro proprietà elettro-elastico 14, 15. Il trasferimento di tali tecnologie tessili per ottenere indossabili elettronici completamente integrati è limitata dalle loro strutture tridimensionali. Le tecniche convenzionali utilizzate nella microfabbricazione sono limitati a getto di inchiostro o serigrafia di inchiostri conduttivi solo su substr sottileAtes e tessuti 16, 17, 18. tecnica di ricamo tradizionale, dove una singola fibra è cucito nel tessile, manca ancora industriale scalabilità di produzione. L&#39;aspetto più critico nel patterning di materiali organici è deposizione senza disturbare le proprietà elettriche. La tecnica patterning descritto nella figura 1 si basa sulla deposizione diretta di sostanze organiche, senza necessità di soddisfare le specifiche della tecnica di deposizione o lo strumento. I materiali organici sono formulati al meglio delle loro prestazioni e possono essere depositati direttamente sulla struttura tessuto scelto. L&#39;utilità di PDMS è la chiave per materiali modello da soluzione su tessuti. L&#39;applicazione di materiali conduttori dalla soluzione a bassa viscosità, piuttosto che utilizzare inchiostri pastosa, consente un conformazionale e rivestimento profondo struttura tessile. Tuttavia, limita la selective deposizione e conduce alla perdita della risoluzione patterning. Abbiamo superare questa limitazione creando un modello negativo da PDMS a frenare la penetrazione non controllato soluzione conduttore nel tessile. La scelta strategica del PDMS è basato sulle sue proprietà visco-elastiche, che mantengono di allungamento tessile e flessibilità. Il PDMS è idrofobico e permette il controllo della diffusione del PEDOT: soluzione acquosa PSS durante il patterning. Abbiamo osservato che i modelli conduttivi fabbricati utilizzando questo protocollo dimostrato una buona conducibilità elettrica e la stabilità durante deformazioni meccaniche. Questo metodo consente il futuro personalizzazione di capi esistenti con componenti intelligenti che hanno capacità elettronici. Tuttavia, uno dei critica e, in alcuni casi, limitando punti dell&#39;approccio proposto è ancora materiale organico durata in condizioni indossabili. Alcuni aspetti, come la resistenza alle sollecitazioni meccaniche e comportamento dopo il lavaggio unND essiccazione di tessuti conduttivi organici, sono ancora sconosciute. La grande maggioranza di elettronica indossabile affidamento su dispositivi estensibili, dove vengono create strutture primaverili per mantenere il collegamento elettrico durante la deformazione del dispositivo. A seconda del tipo di tessuto, le fibre di tessuti a maglia sono assemblati in un ferro di cavallo, fornendo estensibilità meccanica della struttura. Rivestimento questi tessuti con materiali conduttori permette singole fibre di agire come deformazione e sensori di movimento in abiti intelligenti, come mostrato nella figura 3a. Inoltre, geometrie dei dispositivi più complessi possono essere facilmente modellato, non solo sulla maglia, ma anche su tessuti. In figura 3b, vi presentiamo una serie di OECTs con geometrie variabili. In fotolitografia convenzionale, la fabbricazione simultanea di grandi e piccole caratteristiche è quasi impossibile da raggiungere senza richiedere più passaggi. Abbiamo dimostrato che la nostra tecnica patterning è in grado di produe modelli con una risoluzione che varia da 0,5 mm a circa cento volte maggiore. Tali transistori possono essere utilizzati direttamente in sensing sudore indossare con un tempo di risposta regolabile e risoluzione rilevazione 19. Abbiamo dimostrato che PDMS consente anche la deposizione consecutivo di strati funzionali aggiuntivi in maniera selettiva, come mostrato nella Figura 2. I dispositivi possono quindi essere integrati nel settore tessile e diventano completamente integrato nei sistemi indossabili. Il processo in Figura 2a mostra la realizzazione di un elettrodo tessuto cutaneo, dove il contatto tra l&#39;elettrodo e la pelle è rafforzata con un gel liquido ionico. elettrodi indossabili in elettrofisiologia cutanea soffrono di artefatti di movimento causati dal degrado contatto elettrico tra l&#39;utilizzatore e gli elettrodi durante le registrazioni. La possibilità di integrare i gel ionici sugli elettrodi tessili apre un canale di comunicazione efficace con ilcorpo umano, che è desiderato in dispositivi sanitari indossabili. Un esempio di un tale dispositivo può essere visto in figura 3c. La deposizione consecutivo di altri materiali attivi può provocare dispositivi che utilizzano una geometria pila, quali batterie organici, condensatori, celle solari, transistori, o sensori. La Figura 2b mostra il percorso deposizione di materiali isolanti o dielettrici. Una tastiera organica indossabile (Figura 3d) può essere fabbricato utilizzando questo processo, dove il PDMS è usato per creare uno strato dielettrico sulla sommità dell&#39;elettrodo. Tale dispositivo è in grado di variazione capacitiva rilevamento tra l&#39;elettrodo ed un dito, che può avere applicazioni potenzialmente interessanti a computer da indossare e interfacciamento uomo-macchina.

Il campo di elettronica indossabile è un mercato in rapida crescita dovrebbe essere del valore di 50 miliardi di euro nel 2025, più di tre volte il mercato attuale. La sfida principale per dispositivi indossabili attuale è che solidi allegati elettronici intrusive limitano l&#39;utilizzo di dispositivi stabiliti nei sistemi indossabili. Utilizzando tessuti che sono già presenti nella vita quotidiana è un approccio molto attraente e semplice per evitare questa limitazione. Grazie alla sua capacità elastica, alcune parti dell&#39;indumento che indossiamo sono naturalmente in stretto contatto con la pelle. Molti esempi di abiti eleganti disponibili oggi sul mercato si basano su, display sottili di plastica, tastiere e dispositivi di sorgente di luce incorporati nei tessuti, che collega l&#39;elettronica con gli esseri umani in un modo alla moda 1. In pratica lo sport, monitoraggio della salute si basa su elettrodi tessili, che offrono alternative comode da utilizzati comunemente elettrodi adesivi e braccialetti di metallo. Qui, fibre conduttive sonodirettamente integrato con tessuti elastici per evitare irritazioni della pelle e altri disagi durante l&#39;utilizzo prolungato. Inoltre, tessili offrono una serie di opportunità di integrare sensori curvatura per catturare il movimento 2, per integrare i sensori di taglio per lo sviluppo di attuatori robotici funzionali 3, e certamente integrare biosensori attraverso la rivelazione di un analita nel sudore 4. La moderna tecnologia indossabile si basa su materiali semiconduttori a base di carbonio che forniscono dispositivi elettronici con proprietà uniche. La natura &quot;soft&quot; di sostanze organiche offre migliori proprietà meccaniche per l&#39;interfacciamento con il corpo umano rispetto alla elettronica a stato solido tradizionali. Questa compatibilità meccanica, in coppia con substrati flessibili meccanicamente, consente l&#39;impiego di fattori di forma non planari in dispositivi quali tessili. L&#39;uso di sostanze organiche è rilevante anche nelle scienze della vita a causa della loro ele mistactronic e ionici conducibilità 5. Inoltre, semiconduttori organici e materiali optoelettronici potenziare una grande varietà di dispositivi funzionali con display, transistor, logica e capacità di potenza 6, 7, 8, 9. La principale difficoltà nella fabbricazione di tali dispositivi organici è la deposizione controllata di materiali funzionali sulle superfici non planari di tessuti. tecniche di microfabbricazione convenzionali sono essenzialmente limitati dalla incompatibilità del processo di deposizione con la dimensionalità strutturale di substrati tessili. Qui, descriviamo un semplice e scalabile protocollo di fabbricazione che consente la deposizione selettiva di polimeri conduttori su tessuti strutturati. Il processo presentato permette la fabbricazione di dispositivi elettronici indossabili e conformazionale. L&#39;approccio è basato sulla patterning del commercially disponibili conduzione poli polimero (3,4-ethylenedioxythiophene): poli (stirene solfonato) (PEDOT PSS) e un polidimetilsilossano materiale elastomerico stencil (PDMS) sulla tessile. Questa combinazione permette il confinamento efficiente del PEDOT acquosa: soluzione PSS, nonché per la conservazione delle proprietà morbido ed estensibile di tessuti. Questo metodo di fabbricazione semplice ed affidabile apre la strada per la fabbricazione di una varietà di dispositivi elettronici direttamente sui tessuti in modo economicamente efficiente e industrialmente scalabile.

<table><tbody><tr><td>SYLGARD 184, Silicone elastomer kit (Base and Curing agent)</td><td>Dow Corning</td><td></td><td>PDMS elastomer</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;The conducting polymer formulation&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>CleviosTM PH 1000 PEDOT:PSS</td><td>Heraeus</td><td></td><td>Conductive polymer</td></tr><tr><td>Ethylene glycol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>03750-250ML</td><td>Solvent (EG), CAS: 107-21-1</td></tr><tr><td>3-methacryloxypropyltrimethoxysilane</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M6514</td><td>Cros linker (GOPs), CAS: 2530-85-0</td></tr><tr><td>4-dodecylbenzenesulfonic acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>44198</td><td>DBSA; CAS: 121-65-3</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;The ionic liquid gel&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>UV lamp DFE 2340</td><td>C.I.F/ ATHELEC</td><td>DP134</td><td>UV-365 nm</td></tr><tr><td>1-Ethyl-3-methylimidazolium ethyl sulfate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>51682-100G-F</td><td>Ionic Liquid (IL), CAS: 342573-75-5</td></tr><tr><td>Poly(ethylene glycol) diacrylate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>455008-100ML</td><td>Mn 700, CAS: 26570-48-9</td></tr><tr><td>2-Hydroxy-2-methylpropiophenon</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>405655-50ML</td><td>Phot Initiator (PI), CAS: 7473-98-5</td></tr><tr><td>The textile fabric</td><td>VWR</td><td>Spec-Wipe 7 Wipers</td><td>100% interlock knit polyester fabric</td></tr><tr><td>The polyimide film</td><td>DuPont</td><td>HN100</td><td>Polyimide film with 125 &amp;micro;m thickness</td></tr></tbody></table>

a simple and scalable fabrication method for organic electronic devices on textiles

Today, wearable electronics devices combine a large variety of functional, stretchable, and flexible technologies. However, in many cases, these devices cannot be worn under everyday conditions. Therefore, textiles are commonly considered the best substrate to accommodate electronic devices in wearable use. In this paper, we describe how to selectively pattern organic electroactive materials on textiles from a solution in an easy and scalable manner. This versatile deposition technique enables the fabrication of wearable organic electronic devices on clothes.

I metodi tradizionali per l&#39;applicazione di colori o modelli di tessuti si affidano a strati di mascheramento rimovibili per consentire la deposizione selettiva di coloranti. Nella figura 1, mostriamo l&#39;adattamento di un tale approccio alla patterning di PEDOT: elettrodi PSS sui tessuti. Come strato di mascheratura, abbiamo usato polidimetilsilossano idrofobico, che può trattenere la diffusione non controllabile della PEDOT acquosa: soluzione PSS. Inoltre, la morbidezza e elasticità dei tessuti a maglia e tessuti possono essere conservati grazie alle proprietà elastiche e meccaniche dei PDMS. Nella figura 1, il processo inizia con la preparazione del master patterning di film di poliimmide (passaggio 1). Il disegno del profilo del modello è inciso sulla pellicola da un laser. Utilizzando uno strumento tape casting, il PDMS è applicata sul master (fase 2), ed il tessuto viene posto su di esso (fase 3). T<html> egli PDMS è poi progressivamente diffuso nel tessile (punto 4). Per fermare questo trasferimento, un breve processo di ricottura termica è necessaria per curare il PDMS. La viscosità e lo spessore dei PDMS può essere regolata utilizzando diverse quantità di parametri di catalizzatore e rivestimento, rispettivamente, per controllare la diffusione e per assicurare la replica impeccabile del disegno master. Infine, la soluzione conduttore è spazzola dipinta sul tessuto non protetto e cotto a secco (fase 5). Il master poliimmide viene poi delaminate dalla superficie tessile. I risultati del flusso fabbricazione sono illustrati in Figura 1, a destra. In questo caso, patterning successo è stato posto su poliestere maglia. La risoluzione patterning su tale tessuto è superiore a 1 mm. Tuttavia, la risoluzione inferiore può essere ottenuta anche su tessuti ermeticamente maglia o tessuti. Utilizzando questa tecnica di deposizione, la resistenza stimata foglio di tessile conduzione è vicino a 230 Ω / sq. _content &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; Esempi di dispositivi elettronici funzionali su tessuti a maglia e tessuti sono mostrati in figura 3a e B, compresa PEDOT fabbricato con successo:. elettrodi PSS su tessuti a maglia La disposizione a ferro di cavallo naturale le fibre tessili maglia fornisce elasticità regolabile per tessuti. Questa capacità primaverile di strutture maglia può provocare sensori di deformazione altamente sensibili 11. una semplice deformazione nella struttura tessile viene riflesso da una variazione della resistività elettrica dovuta alla torsione del conduttore fibre nei fili. Inoltre, sfruttando la capacità igroscopica dei tessuti, la matrice di elettrodi in figura 3b è stata modellata su tessuti per rendere transistori planari con canali rettangolari e differenti larghezze di gate, che possono essere utilizzati nel rilevamento sudore indossabile. Tale configurazione geometrica è utilizzato in transisto elettrochimica organicars (OECT) per il rilevamento quale canale e porta sono collegati da un campione di un analita 12. La tecnica patterning presentato può essere esteso per fabbricare dispositivi elettronici complessi organici su tessuti. Come stencil PDMS rimane nel tessuto dopo il processo di patterning, strati aggiuntivi possono essere modellati sulla PEDOT PSS-rivestito conduzione tessili. In figura 2, presentiamo il processo in cui (figura 2b) sono stati applicati una soluzione ionica gel liquido (figura 2a) e la formulazione PDMS di funzionalizzare o isolare la superficie di un PEDOT: elettrodo PSS rispettivamente. gel ionici sono largamente utilizzati negli elettrodi cutanei. L&#39;incorporazione di un gel ionico nella conduzione tessile è stato usato per fabbricare elettrodi tessili indossabili per il monitoraggio elettrofisiologico 10 ed è illustrato in figura 3c. I sensori capacitivi sono state fatte By isolante superficie dell&#39;elettrodo tessile con PDMS. Una variazione della capacità è stato rilevato quando l&#39;elettrodo è stato toccato. Tale dispositivo sensibile al tocco è stato usato per fabbricare un organico tastiera tessile elettronico 13, come mostrato in figura 3d. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/55439/55439fig1.jpg" /> Figura 1. Processo di flusso che illustra il patterning di polimeri conduttori su tessuti. Flusso di processo che illustra il patterning di polimeri conduttori su tessuti. Fase 1: Preparazione maschera; step 2: deposizione PDMS sulla maschera poliimmide patterning definente il contorno del disegno desiderato; Fase 3: trasferimento dello strato di mascheratura per il posizionamento del tessuto sulla maschera PDMS rivestita; fase 4: trasferimento dei PDMS nel bulk del tessuto, passo 5: la deposizione di condurre soluzione polimerica sul tessuto non protetto. Le immagini a destra mostrano la resuLTS dei passaggi chiave del flusso di processo. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55439/55439fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/55439/55439fig2.jpg" /> Figura 2. Due esempi di dispositivi organici fabbricazione. Due esempi di dispositivi organici fabbricazione. a) rivestimento ionico liquido gel sulla PEDOT PSS tessile elettrodo per il rilevamento cutanea. b) la deposizione di strati di isolamento sul PEDOT: elettrodi tessile PSS per sensori tattili. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55439/55439fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/55439/55439fig3.jpg" /> Figura 3. Fotografie del testo elettronico organicodispositivi Ile. a) PEDOT: elettrodi per il rilevamento PSS tratto. b) Array di transistor OECT per biosensori indossabili. c) PEDOT circolare PSS elettrodo rivestito con un gel liquido ionico per elettrofisiologia cutanea. d) sensori tattili organici per una tastiera indossabile. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55439/55439fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

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A Simple and Scalable Fabrication Method for Organic Electronic Devices on Textiles

In questo articolo, vi presentiamo un protocollo per depositare selettivamente materiali organici sui tessuti, che consente l&#39;integrazione diretta di dispositivi elettronici organici con indossabili. I dispositivi fabbricati possono essere pienamente integrati nel settore tessile, rispettando il loro aspetto meccanico e consentendo capacità di rilevamento.

Un metodo semplice e scalabile di fabbricazione per dispositivi elettronici organici sui tessili

Today, wearable electronics devices combine a large variety of functional, stretchable, and flexible technologies. However, in many cases, these devices ...

a-simple-scalable-fabrication-method-for-organic-electronic-devices

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

10.4K Views.  Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, CMP-EMSE, MOC.  In questo articolo, vi presentiamo un protocollo per depositare selettivamente materiali organici sui tessuti, che consente l'integrazione diretta di dispositivi elettronici organici con indossabili. I dispositivi fabbricati possono essere pienamente integrati nel settore tessile, rispettando il loro aspetto meccanico e consentendo capacità di rilevamento. 

Video: A Simple and Scalable Fabrication Method for Organic Electronic Devices on Textiles

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

La stampa Fabbricazione di massa eterogiunzione celle solari e<em&gt; In Situ</em&gt; Morfologia Caratterizzazione

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Ricerca

Ingegneria

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal inks. For the photoactive absorber layer, colloidal CdTe and CdSe nanocrystals (3-5 nm) are synthesized using an inert hot injection technique and cleaned with precipitations to remove excess starting reagents. Similarly, gold nanocrystals (3-5 nm) are synthesized under ambient conditions and dissolved in organic solvents. In addition, precursor solutions for transparent conductive indium tin oxide (ITO) films are prepared from solutions of indium and tin salts paired with a reactive oxidizer. Layer-by-layer, these solutions are deposited onto a glass substrate following annealing (200-400 &#176;C) to build the nanocrystal solar cell (glass/ITO/CdSe/CdTe/Au). Pre-annealing ligand exchange is required for CdSe and CdTe nanocrystals where films are dipped in NH4Cl:methanol to replace long-chain native ligands with small inorganic Cl- anions. NH4Cl(s) was found to act as a catalyst for the sintering reaction (as a non-toxic alternative to the conventional CdCl2(s) treatment) leading to grain growth (136&#177;39 nm) during heating. The thickness and roughness of the prepared films are characterized with SEM and optical profilometry. FTIR is used to determine the degree of ligand exchange prior to sintering, and XRD is used to verify the crystallinity and phase of each material. UV/Vis spectra show high visible light transmission through the ITO layer and a red shift in the absorbance of the cadmium chalcogenide nanocrystals after thermal annealing. Current-voltage curves of completed devices are measured under simulated one sun illumination. Small differences in deposition techniques and reagents employed during ligand exchange have been shown to have a profound influence on the device properties. Here, we examine the effects of chemical (sintering and ligand exchange agents) and physical treatments (solution concentration, spray-pressure, annealing time and annealing temperature) on photovoltaic device performance.

This protocol describes the synthesis and solution deposition of inorganic nanocrystals layer by layer to produce thin film electronics on non-conductive surfaces. Solvent-stabilized inks can produce complete photovoltaic devices on glass substrates via spin and spray coating following post-deposition ligand exchange and sintering.

Fabbricazione di inorganici nanocristalli fotovoltaici dispositivi completamente Soluzione Processing

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal ...

Sensing of Barrier Tissue Disruption with an Organic Electrochemical Transistor

The gastrointestinal tract is an example of barrier tissue that provides a physical barrier against entry of pathogens and toxins, while allowing the passage of necessary ions and molecules. A breach in this barrier can be caused by a reduction in the extracellular calcium concentration. This reduction in calcium concentration causes a conformational change in proteins involved in the sealing of the barrier, leading to an increase of the paracellular flux. To mimic this effect the calcium chelator ethylene glycol-bis(beta-aminoethyl ether)-N,N,N&#39;,N&#39;-tetra acetic acid (EGTA) was used on a monolayer of cells known to be representative of the gastrointestinal tract. Different methods to detect the disruption of the barrier tissue already exist, such as immunofluorescence and&#160;permeability assays. However, these methods are time-consuming and costly and not suited to dynamic or high-throughput measurements. Electronic methods for measuring barrier tissue integrity also exist for measurement of the transepithelial resistance (TER), however these are often costly and complex. The development of rapid, cheap, and sensitive methods is urgently needed as the integrity of barrier tissue is a key parameter in drug discovery and pathogen/toxin diagnostics. The organic electrochemical transistor (OECT) integrated with barrier tissue forming cells has been shown as a new device capable of dynamically monitoring barrier tissue integrity. The device is able to measure minute variations in ionic flux with unprecedented temporal resolution and sensitivity, in real time, as an indicator of barrier tissue integrity. This new method is based on a simple device that can be compatible with high throughput screening applications and fabricated at low cost.

The Organic Electrochemical Transistor is integrated with live cells and used to monitor ion flux across the gastrointestinal epithelial barrier. In this study, an increase in ion flux, related to disruption of tight junctions, induced by the presence of the calcium chelator EGTA (ethylene glycol-bis(beta-aminoethyl ether)-N,N,N',N'-tetra acetic acid), is measured.

Rilevamento di Barriera tessuto Turbativa con una Transistor elettrochimica biologico

The gastrointestinal tract is an example of barrier tissue that provides a physical barrier against entry of pathogens and toxins, while allowing the ...

Bioingegneria

Scalable Solution-processed Fabrication Strategy for High-performance, Flexible, Transparent Electrodes with Embedded Metal Mesh

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a polymer film. This paper also presents a low-cost, vacuum-free fabrication method for this novel TE; the approach combines lithography, electroplating, and imprint transfer (LEIT) processing. The embedded nature of the EMTEs offers many advantages, such as high surface smoothness, which is essential for organic electronic device production; superior mechanical stability during bending; favorable resistance to chemicals and moisture; and strong adhesion with plastic film. LEIT fabrication features an electroplating process for vacuum-free metal deposition and is favorable for industrial mass production. Furthermore, LEIT allows for the fabrication of metal mesh with a high aspect ratio (i.e., thickness to linewidth), significantly enhancing its electrical conductance without adversely losing optical transmittance. We demonstrate several prototypes of flexible EMTEs, with sheet resistances lower than 1 &#937;/sq and transmittances greater than 90%, resulting in very high figures of merit (FoM) &#8211; up to 1.5 x 104 &#8211; which are amongst the best values in the published literature.

This protocol describes a solution-based fabrication strategy for high-performance, flexible, transparent electrodes with fully-embedded, thick metal mesh. Flexible transparent electrodes fabricated by this process demonstrate among the highest reported performances, including ultra-low sheet resistance, high optical transmittance, mechanical stability under bending, strong substrate adhesion, surface smoothness, and environmental stability.

Strategia di Fabbricazione elaborata in soluzione scalabile per elettrodi ad alte prestazioni, flessibili e trasparenti con maglia metallica incorporata

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a ...

Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. Conductive polymers, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), and a semiconducting polymer, poly(thieno[3,2-b]thiophene) (PTT), were deposited on unconventional highly-disordered and textured substrates with high surface areas, such as paper, towels and fabrics. This reported deposition chamber is an improvement of previous vapor reactors because our system can accommodate both volatile and nonvolatile monomers, such as 3,4-propylenedioxythiophene and thieno[3,2-b]thiophene. Utilization of both solid and liquid oxidants are also demonstrated. One limitation of this method is that it lacks sophisticated in situ thickness monitors. Polymer coatings made by the commonly used solution-based coating methods, such as spin-coating and surface grafting, are often not uniform or susceptible to mechanical degradation. This reported vapor phase deposition method overcomes those drawbacks and is a strong alternative to common solution-based coating methods. Notably, polymer films coated by the reported method are uniform and conformal on rough surfaces, even at a micrometer scale. This feature allows for future application of vapor deposited polymers in electronics devices on flexible and highly textured substrates.

This paper presents a protocol for reactive vapor deposition of poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), and poly(thieno[3,2-b]thiophene) films on glass slides and rough substrates, such as textiles and paper.

Deposizione di vapore reattiva di film polimerici coniugati su substrati arbitrari

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. ...

Chimica

Fabrication of Flexible Image Sensor Based on Lateral NIPIN Phototransistors

Flexible photodetectors have been intensely studied for the use of curved image sensors, which are a crucial component in bio-inspired imaging systems, but several challenging points remain, such as a low absorption efficiency due to a thin active layer and low flexibility. We present an advanced method to fabricate a flexible phototransistor array with an improved electrical performance. The outstanding electrical performance is driven by a low dark current owing to deep impurity doping. Stretchable and flexible metal interconnectors simultaneously offer electrical and mechanical stabilities in a highly deformed state. The protocol explicitly describes the fabrication process of the phototransistor using a thin silicon membrane. By measuring I-V characteristics of the completed device in deformed states, we demonstrate that this approach improves the mechanical and electrical stabilities of the phototransistor array. We expect that this approach to a flexible phototransistor can be widely used for the applications of not only next-generation imaging systems/optoelectronics but also wearable devices such as tactile/pressure/temperature sensors and health monitors.

We present a detailed method to fabricate a deformable lateral NIPIN phototransistor array for curved image sensors. The phototransistor array with an open mesh form, which is composed of thin silicon islands and stretchable metal interconnectors, provides flexibility and stretchability. The parameter analyzer characterizes the electrical property of the fabricated phototransistor.

Fabbricazione di sensore di immagine flessibile basato su Francesca laterale fototransistori

Flexible photodetectors have been intensely studied for the use of curved image sensors, which are a crucial component in bio-inspired imaging systems, ...

Fabrication and Characterization of a Conformal Skin-like Electronic System for Quantitative, Cutaneous Wound Management

Recent advances in the development of electronic technologies and biomedical devices offer opportunities for non-invasive, quantitative assessment of cutaneous wound healing on the skin. Existing methods, however, still rely on visual inspections through various microscopic tools and devices that normally include high-cost, sophisticated systems and require well trained personnel for operation and data analysis. Here, we describe methods and protocols to fabricate a conformal, skin-like electronics system that enables conformal lamination to the skin surface near the wound tissues, which provides recording of high fidelity electrical signals such as skin temperature and thermal conductivity. The methods of device fabrication provide details of step-by-step preparation of the microelectronic system that is completely enclosed with elastomeric silicone materials to offer electrical isolation. The experimental study presents multifunctional, biocompatible, waterproof, reusable, and flexible/stretchable characteristics of the device for clinical applications. Protocols of clinical testing provide an overview and sequential process of cleaning, testing setup, system operation, and data acquisition with the skin-like electronics, gently mounted on hypersensitive, cutaneous wound and contralateral tissues on patients.

This article presents methods to fabricate and characterize a conformal, skin-like electronic system and protocols for the use in clinical applications, particularly on cutaneous wound management.

Fabbricazione e la caratterizzazione di un Conformal pelle simile sistema elettronico di gestione quantitativa, cutanea Ferita

Recent advances in the development of electronic technologies and biomedical devices offer opportunities for non-invasive, quantitative assessment of ...

Hybrid Printing for the Fabrication of Smart Sensors

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, three substrates (acrylate, ceramics, and copper) are prepared. To determine the resulting material properties of these substrates, profilometer, contact angle, scanning electron microscope (SEM), and focused ion beam (FIB) measurements are done. The achievable printing resolution and suitable drop volume for each substrate are, then, found through the drop size tests. Then, layers of insulating and conductive ink are inkjet printed alternately to fabricate the target sensor structures. After each printing step, the respective layers are individually treated by photonic curing. The parameters used for the curing of each layer are adapted depending on the printed ink, as well as on the surface properties of the respective substrate. To confirm the resulting conductivity and to determine the quality of the printed surface, four-point probe and profilometer measurements are done. Finally, a measurement set-up and results achieved by such an all-printed sensor system are shown to demonstrate the achievable quality.

Here we present a protocol for the fabrication of inkjet-printed multilayer sensor structures on additively manufactured substrates and foil.

Ibrido di stampa per la fabbricazione di sensori intelligenti

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, ...

Development of Efficient OLEDs from Solution Deposition

The use of highly efficient organic emitters based on the thermally activated delayed fluorescence (TADF) concept is interesting due to their 100% internal quantum efficiency. Presented here is a solution deposition method for the fabrication of efficient organic light-emitting diodes (OLEDs) based on a TADF emitter in a simple device structure. This fast, low-cost, and efficient process can be used for all OLED emissive layers that follow the host-guest concept. The fundamental steps are described along with necessary information for further reproduction. The goal to establish a general protocol that can be easily adapted for principal organic emitters currently under study and development.

Presented here is a protocol for the fabrication of efficient, simple, solution-deposited organic light-emitting diodes with low roll-off.

Sviluppo di OLED efficienti da Solution Deposition

The use of highly efficient organic emitters based on the thermally activated delayed fluorescence (TADF) concept is interesting due to their 100% ...

Fabrication of Fine Electrodes on the Tip of Hypodermic Needle Using Photoresist Spray Coating and Flexible Photomask for Biomedical Applications

We have introduced a fabrication method for electrical impedance spectroscopy (EIS)-on-a-needle (EoN: EIS-on-a-needle) to locate target tissues in the body by measuring and analyzing differences in the electrical impedance between dissimilar biotissues. This paper describes the fabrication method of fine interdigitated electrodes (IDEs) at the tip of a hypodermic needle using a photoresist spray coating and flexible film photomask in the photolithography process. A polyethylene terephthalate (PET) heat shrink tube (HST) with a wall thickness of 25 &#181;m is employed as the insulation and passivation layer. The PET HST shows a higher mechanical durability compared with poly(p-xylylene) polymers, which have been widely used as a dielectric coating material. Furthermore, the HST shows good chemical resistance to most acids and bases, which is advantageous for limiting chemical damage to the EoN. The use of the EoN is especially preferred for the characterization of chemicals/biomaterials or fabrication using acidic/basic chemicals. The fabricated gap and width of the IDEs are as small as 20 &#181;m, and the overall width and length of the IDEs are 400 &#181;m and 860 &#181;m, respectively. The fabrication margin from the tip (distance between the tip of hypodermic needle and starting point of the IDEs) of the hypodermic needle is as small as 680 &#181;m, which indicates that unnecessarily excessive invasion into biotissues can be avoided during the electrical impedance measurement. The EoN has a high potential for clinical use, such as for thyroid biopsies and anesthesia drug delivery in a spinal space. Further, even in surgery that involves the partial resection of tumors, the EoN can be employed to preserve as much normal tissue as possible by detecting the surgical margin (normal tissue that is removed with the surgical excision of a tumor) between the normal and lesion tissues.

The fabrication method for fine interdigitated electrodes (gap and width: 20 &#181;m) at the tip of a hypodermic needle (diameter: 720 &#181;m) is demonstrated using a spray coating and flexible film photomask in the photolithography process.

Fabbricazione di elettrodi bene sulla punta dell'ago ipodermico utilizzando Photoresist Spray rivestimento e Photomask flessibile per applicazioni biomediche

We have introduced a fabrication method for electrical impedance spectroscopy (EIS)-on-a-needle (EoN: EIS-on-a-needle) to locate target tissues in the ...