全喷墨打印多层材料的纺织电容器

供稿人：连伟龙，连芩
供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

在物联网时代，电子纺织品提供了柔性电子产品可穿戴的可能，并且在生物医学应用中具有检测人体信号等显着优势。然而，电子纺织品的研究仅限于应用单一导电材料来测量生物电势，对于具有传感、驱动、通信和能量存储的多材料高功能电子纺织品，会造成器件结构过大不适合穿戴。为此，北卡罗来纳州立大学的研究人员使用双层聚合物电介质和金属有机分解 (MOD) 银墨水，全喷墨（无层压过程）打印了多层结构的纺织电容器。结果展示了在喷墨打印过程中纺织品独特的微结构和双层介电层为可穿戴电子设备的机电性能提供了可能；并在经过了100多次的弯曲循环测试后，纺织电容器依然具有电气性能。

图1 多材料墨水的喷墨打印电容器结构； (a) 逐层在PET 薄膜和 PET 纺织品上的喷墨打印 (b) 薄膜和纺织品电容器的结构以及图案样品的光学图像

研究人员提出了一种利用纺织品固有的微观结构、墨水-纤维界面和喷墨工艺优化的全喷墨打印纺织品电容器的新方法。该方法利用纺织品在电极水平与介电水平上的多孔结构和墨水具有粘附和芯吸行为，使之发生独特的化学反应。如图所示喷墨打印的聚氨酯丙烯酸酯和聚（4-乙烯基苯酚）（UA,PVP/PMF）墨水能够在纺织品上形成平面化的双层介电层，该双层介电层界面处独特的化学相互作用在绝缘多孔纺织基材方面发挥了重要作用，从而产生了高化学性能和机械耐久性，并且发现绝缘材料以及纺织纱线的化学特性对于保持液态银墨水的导电能力和防止其渗透多孔织物非常重要。

该研究提出了应用不包含层压过程的全喷墨打印在纺织品上灵活打印多层材料，为未来制造具有心率跟踪或能量存储等功能的可穿戴电子纺织品提供了新的方法。

参考文献：
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.