Electrospun Polymer Fiber Systems for Flexible Electronics

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Gao, Qiang:
Electrospun Polymer Fiber Systems for Flexible Electronics.
Bayreuth , 2022 . - II, 171 S.
( Dissertation, 2022 , Universität Bayreuth, Bayreuther Graduiertenschule für Mathematik und Naturwissenschaften - BayNAT)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00006110

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Abstract

Traditional heavy and rigid electronics, mostly based on metallic or semiconductor materials, are short of desirable sensitivity and flexibility, unsuitable applied as emerging flexible electronics devices in the aspect of mechanical sensors, wearable joule heating devices, conductors, optoelectronics, transistors, organic artificial synapses and energy harvesting and storage devices. The fiber-based structures and assemblies are highly demanded in wearable electronic devices, because of their expected to be flexible, lightweight, long-lasting, and shortening the carrier transportation pass in the way axial direction. The combination of high conductivity, desirable mechanical properties, breathability, optical transparency and low cost, gives the fibrous system a high possibility to be utilized in the next generation of flexible electronic devices. This dissertation aimed to develop conductive systems based on electrospun polymer fibers simultaneously presenting excellent portability, mechanical flexibility and electrical conductivity, which could be utilized for emerging flexible electronics. These mechanically flexible fiber systems have been demonstrated for various wearable devices, such as wearable strain/pressure sensors and personal thermal management devices.

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Herkömmliche schwere und starre Elektronik, die meist auf metallischen oder Halbleitermaterialien basiert, bietet nicht die gewünschte Empfindlichkeit und Flexibilität und ist daher ungeeignet für die Anwendung als aufstrebende flexible Elektronikgeräte in Form von mechanischen Sensoren, tragbaren Joule-Heizgeräten, Leitern, Optoelektronik, Transistoren, organischen künstlichen Synapsen und Geräten zur Energiegewinnung und -speicherung. Faserbasierte Strukturen und Baugruppen sind in tragbaren elektronischen Geräten sehr gefragt, da sie flexibel, leicht und langlebig sind und den Transportweg der Träger in axialer Richtung verkürzen. Die Kombination aus hoher Leitfähigkeit, wünschenswerten mechanischen Eigenschaften, Atmungsaktivität, optischer Transparenz und niedrigen Kosten gibt dem Fasersystem eine hohe Wahrscheinlichkeit, in der nächsten Generation flexibler elektronischer Geräte eingesetzt zu werden. Ziel dieser Dissertation war es, leitfähige Systeme auf der Basis von elektrogesponnenen Polymerfasern zu entwickeln, die gleichzeitig eine hervorragende Tragbarkeit, mechanische Flexibilität und elektrische Leitfähigkeit aufweisen und für neu entstehende flexible Elektronik genutzt werden könnten. Diese mechanisch flexiblen Fasersysteme wurden für verschiedene tragbare Geräte, wie z. B. tragbare Dehnungs-/Drucksensoren und persönliche Wärmemanagementgeräte, demonstriert.