CompASS
Kompetenzzentrum

Hochschule Niederrhein. Dein Weg.

Textile, organische und nanostruktur-basierte Elektronik

Das Kompetenzzentrum fokussiert sich thematisch auf die Entwicklung flexibler organischer und nanostrukturbasierter Elektronik. Dies wird in Zusammenarbeit mit dem Fachbereich Textil- und Bekleidungstechnik auch auf textilen Substraten umgesetzt.

Abschlussarbeiten

Sollten Sie Interesse an einer Abschlussarbeit, Praxisphase oder Projektarbeit haben schauen Sie gerne in unseren Moodle Raum nach ausgeschriebenen Themen.

Hochschule Niederrhein wirbt 1,5 Millionen Euro für internationale Projekte ein

Im Bereich Smart Textiles arbeitet die Hochschule Niederrhein zukünftig mit Hochschulen aus Schweden, Belgien und Indonesien zusammen

Die Hochschule Niederrhein hat erfolgreich an einer Ausschreibung des Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD) teilgenommen. Im Rahmen der...

Doktorandin entwickelte textile Batterie und erhielt Auszeichnung

Die textile Batterie hat die Maße 3 cm x 2 cm x 1 mm und eine Kapazität von 100 mAh g-1.

Mit der Entwicklung einer Batterie aus umweltfreundlichen Textilien hat Sandra Gellner, Doktorandin der Hochschule Niederrhein, eine Auszeichnung auf...

Verbesserung für Patienten mit diabetischem Fußsyndrom: Projekt „iFoot“ ausgezeichnet

Smarter Verband, smarte Uhr und das Projektteam um Professor Dr. Hubert Otten (2.v. links)

Dank moderner Sensorik sollen Patienten mit Diabetischem Fußsyndrom künftig besser behandelt werden können. Dies ist das Ziel des Forschungsprojekts...

Mode und Elektronik vereint – Programm für Mastervertiefung mit 300.000 Euro gefördert

Prof. Dr. Anne Schwarz-Pfeiffer mit einer Studentin.

Der Megatrend Digitalisierung macht auch vor der Modebranche nicht Halt. Um mit der Entwicklung und dem Anspruch der Branche mithalten zu können...

Professoren

Prof. Dr.-Ing. Ekaterina Nannen
Elektrotechnik, Elektronik

Mitarbeitende

Sandra Gellner, M.Sc.
Lars Gierschner
Julia Demmer, M. Eng.
Projekt "Textile Electronics"
Dipl.-Ing. Friedhelm Penski
Digitaltechnik Mikrosystemtechnik Messtechnik Grundgebiete der Elektrotechnik
Dipl.-Ing. Rainer Kufferath
Hochfrequenztechnik, Elektrotechnik, Optische Technologien

Flexible Elektronik und Wearables

Der Fachbereich Elektrotechnik und Informatik verfügt über langjährige Erfahrungen im Bereich flexible Elektronik, Smart Textiles und Micro- und Nanotechnologie. An der Hochschule besteht daher eine enge Kooperation zwischen den Fachbereichen Textil- und Bekleidungstechnik und Elektrotechnik und Informatik, so dass auch einzelne elektronische Bauteile auf und aus Textil realisiert werden können. Hierzu zählen flexible und organische Light-Emitting Devices auf Textil ebenso wie textile Batterien, Solarzellen und Sensoren.

Die konkreten fachbereichsübergreifenden Forschungsarbeiten finden Sie unter: Smart Textiles

Nanostruktur-basierte Lichtemitter

Nanostrukturierte Materialien weisen interessante Eigenschaften, besonders optische und elektronische, auf, weshalb diese in licht-emittierenden Bauelementen bereits Anwendung finden. Kolloidale, halbleitende Quantenpunkte (engl. Quantum Dots, QDs) werden in QD-LEDs als Leuchtmedium verwendet, da ihre Emissionsfarbe durch die Größe der Partikel präzise eingestellt werden kann. Weitere nanostrukturierte Materialien, z.B.  ZnO-Nanopartikel, werden als Hilfsschicht in den LEDs verwendet, um die Effizienz zu steigern.

Der vielfältige Einsatz von QDs kann beispielsweise in folgendem Artikel gesehen werden, bei dem verschiedenfarbige QDs zum Leuchten angeregt werden und ZnO-QDs als Hilfsschicht eingesetzt werden:

DOI: 10.1021/acsami.6b15660

Ein anderes nanostrukturiertes Material ist Graphen. Graphen ist eine zweidimensionale Struktur aus Kohlenstoffatomen und kann zum Beispiel Anwendung als flexible Elektrode in verschiedensten elektronischen Bauelementen finden, unter anderem auch in smarten Textilien.

Textile Batterien
Das steigende Interesse an Smart Textiles führt zur Notwendigkeit von lokaler, textil-basierter Stromversorgung. Dabei sollte diese flexibel und kompakt sein, sodass keine Einschränkung in der Haptik der Textilien entsteht. Es gibt zwei Ansätze textile Batterien zu realisieren: zum einen in einem Schichtaufbau, bei dem textile Elektroden verwendet werden oder zum anderen können leitfähige Garne mit einem gel-artigen Elektrolyt beschichtet werden. Beide Varianten konnten bereits erfolgreich an der Hochschule Niederrhein realisiert werden, indem Gel-Elektrolyte auf Basis von Gelatine verwendet wurden.

Besonders wenn textile Batterien in der Nähe des Körpers eingesetzt werden sollen, ist es wichtig, nicht-toxische und umweltfreundliche Materialien zu verwenden. Wir konnten einen Prototypen einer textil-basierten Batterie mit einem biologisch abbaubaren Gel-Elektrolyt entwickeln. Durch Einbringen eines textilen Separators kann die Batterie geknickt werden, ohne einen Kurzschluss zu erzeugen.

Aktuelle Projekte

EPWUFKI

Flexible Elektronik

Bei diabetischem Fußsyndrom – KI-Lösung für bessere Wundversorgung

Förderung: BMBF,
Projektlaufzeit: 03/2022 – 02/2025

Derzeit leben etwa acht Millionen Menschen in Deutschland mit der Diagnose Diabetes mellitus. Das diabetische Fußsyndrom (DFS) stellt dabei eine häufige und schwere Folgeerkrankungen des Diabetes mellitus dar, die schlimmstenfalls eine Amputation zur Folge haben kann. 

Die Ziele des Projekts EPWUFKI sind es, Menschen mit DFS besser zu versorgen und pflegerisches Personal von pflegefremden und zeitintensiven Tätigkeiten entlasten. Um dies zu erreichen, wird eine KI-gestützte, cloudbasierte Dokumentations- und Kommunikationslösung entwickelt. Sie soll Wundparameter mittels KI-basiertem Wunderkennungstool bestimmen. Weitere Parameter wie Druck, Temperatur und Feuchtigkeit werden durch Sensorik direkt am Fuß der Betroffenen gemessen. Die IT-Lösung ermöglicht eine automatisierte Dokumentation der Sensor-, Bild- und Patientendaten. Auf dieser Grundlage lassen sich Entscheidungsvorschläge für den weiteren Behandlungsverlauf ableiten.

Die intelligente Systemlösung schafft die Grundlage für eine automatisierte Wunddokumentation mit gleichzeitiger Verbesserung der Wundversorgung. Eine Anwendung der Systemlösung bei anderen chronischen Wundarten ist perspektivisch vorstellbar.

Kontakt

Lars Gierschner

Textile Electronics

poster TE

Entwicklung eines neuen Masterschwerpunkts

Förderung: Stifterverband NRW,
Laufzeit:10/20 - 09/23

Um mit der Digitalisierung und Entwicklung der Modebranche mithalten zu können entwickelt die Hochschule Niederrhein (HSNR) eine neue, fachübergreifende Vertiefungsrichtung für Masterstudiengänge: Textile Electronics. Für die neue Vertiefungsrichtung werden die wichtigsten Kompetenzen aus den Fachbereichen Elektrotechnik und Informatik sowie Textil- und Bekleidungstechnik kombiniert. Ziel ist es Spezialisten im Bereich Smart Textiles für die Industrie der Zukunft auszubilden und sie auf die Hürden der Branche vorzubereiten.

Kontakt

Julia Demmer, M. Eng.
Projekt "Textile Electronics"

Abgeschlossene Projekte

iFoot

FlexSensor

Verbesserung der einrichtungsübergreifenden Versorgung im Bereich des diabetischen Fußsyndroms durch eHealth

Förderung: EU EFRE / Land NRW,

Projektlaufzeit: 01/2019 – 12/2021

Im Rahmen des Projektes iFoot soll die einrichtungsübergreifende Versorgung im Bereich des diabetischen Fußsyndroms (DFS) durch eHealth verbessert werden. Innerhalb des Vorhabens erfolgt die Entwicklung eines mit Sensorik ausgestatteten intelligenten Verbandes sowie einer auf eHealth-Standards gründenden cloudbasierten Softwarelösung über die alle am Heilungsprozess Beteiligten in optimaler Weise Informationen austauschen können. Mit iFoot wird ein optimierter Ansatz für die medizinisch-pflegerische Versorgung des DFS implementiert, welcher die individuellen Bedürfnisse bei der Behandlung berücksichtigt und den Patientinnen und Patienten eine aktive Rolle im Heilungsverlauf ermöglicht.

Kontakt

Lars Gierschner

Smart Electronic Textiles

Vorbereitung des gemeinsamen, interdisziplinären Master-Wahlpflichtfachs „Smart Electronic Textiles“

Förderung: Stifterverband NRW
Laufzeit: 01/20 – 12/20

Prof. Dr. Ekaterina Nannen vom Fachbereich Elektrotechnik und Informatik und Prof. Dr. Anne Schwarz-Pfeiffer vom Fachbereich Textil- und Bekleidungstechnik erhalten für ihr gemeinsames Projekt „Smart Electronic Textiles“ ein Tandem-Fellowship in Höhe von 100.000 Euro. Die zwei Professorinnen konzipieren ein Master-Modul, in dem Studierende beider Fachbereiche smarte elektronische Textilien entwickeln. Die Studierende erarbeiten digitale Lehrinhalte in einem Blended-Reality-Praktikum, bei dem E-Learning und Präsenzveranstaltungen miteinander kombiniert werden. Dabei kommt die Augmented-Reality-Technologie (erweiterte Realität) zum Einsatz, um ortsunabhängig, interaktiv und in interdisziplinären Teams zu arbeiten. Die Ergebnisse der Studierenden sollen in Videoblogeinträgen veröffentlicht werden.

Sandra Gellner, M.Sc.

TFOBT

EFRE Poster Ente

Faseroptischer Betauungssensor mit Temperaturmessung

Dem Stand der Technik entsprechende, resistiv oder kapazitiv arbeitende Sensorlösungen zur elektronischen Messung von Feuchte, Betauung und Temperatur sind für Anwendungen in explosionsgefährdeten und stark elektromagnetisch belasteten Bereichen aufgrund ihrer Elektronik problematisch. 

Der von den Antragstellern patentierte Sensor löst diese Probleme durch die rein optische Erkennung von Betauung auf der optischen Oberfläche eines kleinen Sensorkopfes bei gleichzeitiger optischer Bestimmung der Temperatur an der optisch aktiven Oberfläche. Der Sensorkopf weist keine elektrischen oder metallenen Komponenten auf. Die sehr hohe Ansprechgeschwindigkeit, die Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung und die problemlose Reinigung, die Einsatzmöglichkeit in explosionsgefährdeten und elektromagnetisch belasteten Bereichen, sowie die erwartete kostengünstige Fertigung unterstreichen die Funktionalität der Erfindung. 

Ziel dieses Projektes ist es, die zu verwendenden optischen Werkstoffe, die Konstruktion des Sensorkopfes als auch die erforderlich Hard- und Software bis zum Prototypen zu entwickeln und die Leistungsfähigkeit in einem Feldversuch zu validieren.

Kontakt

Dipl.-Ing. Rainer Kufferath
Hochfrequenztechnik, Elektrotechnik, Optische Technologien
www.efre.nrw.de

Gellner, S.; Schwarz-Pfeiffer, A.; Nannen, E. Textile-Based Battery Using a Biodegradable Gel-Electrolyte. Proceedings 2021, 68 (1), 17.
doi.org/10.3390/proceedings2021068017.

Nannen, E.; Frohleiks, J.; Gellner, S. Light‐Emitting Electrochemical Cells Based on Color‐Tunable Inorganic Colloidal Quantum Dots. Adv. Funct. Mater. 2020, 1907349. doi.org/10.1002/adfm.201907349.

Frohleiks, J.; Wepfer, S.; Bacher, G.; Nannen, E. Realization of Red Iridium-Based Ionic Transition Metal Complex Light-Emitting Electrochemical Cells (ITMC-LECs) by Interface-Induced Color Shift. ACS Applied Materials & Interfaces 2019.
doi.org/10.1021/acsami.9b07019.

Forschungslabor für flexible Elektronik und Nanotechnologie

Nanotechnologie - Dünnschichtpräperation
  • Schleuderbeschichter bis zu 12000rpm
  • Ultraschallbad
  • UV-Ozon-Reiniger
  • Mini-Zentrifuge bis 6000rpm/ 2000g
Mikroskopie
  • Stereolupen (mit Digitalkamera)
  • Auflichtmikroskop mit Fototubus und Longdistance-Objektiv x50 sowie einem Messokular
  • Konfokale 3D-Farb-Laserscanning-Mikroskope

Lehrlabor für Textil- und Optoelektronik

Charakterisierung von Optoelektronik
  • Strom-Spannungs-Quelle, 100fA, 210V, 3A DC/10,5A gepulst
  • Photodiode + Powermeter
  • Spektroradiometer, Kontrast 100,000:1, Wellenlängen von 380 – 780 nm,
  • AC/ DC Netzgerät, 350V/ 10A, 999Hz, 1000VA
  • Einheitliche PC-Ansteuerung
Charakterisierung von Batterien
  • Potentiostat
  • Galvanostat
  • ZRA für Lade- und Entladekurven
  • Cyclovoltammetrie
  • elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS), ±100mA, ±21V, 10µHz – 250kHz
Werkstatt

Für Platinen und kleine Gehäuse

  • Platinenfräse
  • Lötplatz
  • 3D Drucker