Komponenten für Smart Textiles

Hochschule Niederrhein. Dein Weg.

Leuchten in Multicolor

Optische Fasern

 

Optischer Fasern leiten Licht entlang ihrer Faserachse, welches durch eine Laserlichtquelle in den Kern der Faser eingespeist wurde. Durch Beschädigung des Mantels kann das Licht auch seitlich austreten, und es können einzigartige Lichteffekte erzeugt werden, welche für modische und medizinische Zwecke genutzt werden.

Mittels spezieller Sticheinrichtung im Bereich der technischen Stickerei, dem Tailored Fibre Placement (TFP), werden optische Fasern als Legemedium automatisiert auf das Textil fixiert. So lassen sich besonders individuelle Designs realisieren.

 

Unsere elektrolumineszenten Textilien bestehen aus mehreren, aufeinander aufbauenden Schichten. Auf Basis eines Kondensatorprinzips werden auf der Rückseite einer transparenten, textilen Grundstruktur zunächst eine transparente Elektrodenschicht, eine lichtemittierende Schicht und eine abschließende Elektrodenschicht aufgebracht. So wird das Licht durch das Textilsubstrat hindurch emittiert. Die Bemusterung der Vorderseite des Textils wurde digital bedruckt, so dass das Licht an nicht bedruckten Stellen stärker hervortritt.

Elektrolumineszente Textilien

Ein textiles Pixel

 

Mit elektrochromen Beschichtungen lassen sich passive Displays relisierene, die beim Anlegen (geringer) Spannung ihre Farbe ändern. Hierfür wurde Poly-3,4-ethylendioxythiophen Polystyrolsulfonate (PEDOT:PSS) auf eine Polyethylen Polyethylenterephthalat (PEPES) Membran gesprüht. Zusammen mit einer Elektrolytschicht, einer Ionen-Speicherlage und einer textilen Gegenelektrode aus beschichtetem Polester-Stoff ist es möglich, individuell adressierbare Pixel zu erzeugen. Diese wechseln innerhalb von nur 2 Sekunden ihre Farbe, wenn man nur 2Volt Spannung anlegt. Das textile Pixel ist geboren.

Die vollständieg Veröffentlichung zum Thema finden Sie unter DOI: 10.3390/s20195691

 

Funktionale Pailletten sind konventionelle Schmuck-Pailletten die durch ein speziell modifiziertes Verfahren der Leiterplattentechnik mit einem leitfähigen Schaltungslayout versehen und mittels automatisierter Montage mit elektronischen Bauteilen bestückt werden. Überwiegend werden Surface Mounted Devices wie Leuchtemitterdioden, Druck-, Temperatur-, Akustik-, Feuchtigkeits- und Bewegungssensoren, Widerstände und Solarzellen, aufgrund ihrer sehr kleinen Bauform eingesetzt. Die funktionellen Pailletten werden mittels Sticktechnologie in einem automatisierten Prozess auf ein Textil platziert, mit konventionellem Stickgarn oder direkt mit einem leitfähigen Stickgarn befestigt und kontaktiert. Nicht nur die Kontaktierung erfolgt mit dem leitfähigen Stickgarn, sondern komplexe gestickte Schaltkreise können dadurch Textil gestaltet werden.

Funktionale LED-Pailletten

Sensorik auf und aus Textil

Moosgestickte Elektroden zur Elektromyostimulation

 

 

Moosgestickte textile Elektroden sind waschbar, passen sich an die Geometrie der zu stimulierenden Muskelgruppen an, bieten einen hohen und gleichmäßigen Hautkontakt bei geringem Anpressdruck und weisen eine angenehme Oberflächenhaptik auf. Zudem lassen sich die Elektroden individuell Positionieren und bieten eine hohe Elektrodenvielfalt. Hergestellt werden moosgestickte Elektroden mit dem Moos- und Kettenstich. Dies sind spezielle Stickverfahren mit einem Fadensystem, die auf dem Prinzip der Schlaufenbildung mittels Hakennadel basieren.

 

 

Elektroden können elektrische Impulse gezielt aufnehmen und abgeben. Polyacrylnitril (PAN) und ein elektrisch leitfähiges Garn wurden durch eine besondere Stricktechnik zu einer textilen Elektrodenstruktur verarbeitet. Die resultierende Bandage soll der Stimulation humaner Muskeln dienen. Für eine gute Impulsübertragung und Schutz der Haut wurde für die Elektrodenstruktur ein elektrisch leitfähiges und dehnbares Hydrogel entwickelt. Die Elektroden treten nur einseitig in Kontakt mit der Umwelt und sind auf der Rückseite durch PAN verschlossen.

Hybride Textilelektrodenstruktur für biomedizinische Anwendungen

Textile Drucksensoren

An der Hochschule Niederrhein haben wir textile Drucksensoren sowohl auf dem resistiven als auch auf dem kapazitiven Messprinzip basierend entwickelt. Häufig setzen wir hierfür die technische Stickerei und Siebdruck ein. Erste Studien zu gestrickten und gewebten Sensoren haben wir auch bereits abgeschlossen.

Textile Feuchtesensoren

Feuchtemanagement ist eine weit verbreitete Anwendung für die Prozesskontrolle, die Lebensdauerbewertung von Komponenten und Baugruppen, Umweltkontrollsysteme, medizinische Textilien, Arbeitskleidung und persönliche Sicherheitssysteme. Um eine ortsaufgelöste Abbildung dieses Parameters über eine größere Textilfläche zu ermöglichen, werden derzeit diskrete Sensorelemente separat auf das Textilmaterial aufgebracht. Daher ist der tatsächliche Integrationsgrad von Sensoren in textile Materialien und damit die Wertschöpfung eher gering. Um ein höheres Integrationsniveau zu erreichen, werden textile Sensoren benötigt. Um diesen Bedarf zu decken, wurden in unseren Labors die Entwicklung und Charakterisierung verschiedener textilbasierter Feuchtesensoren unter Verwendung von Spinn-, Druck- und Beschichtungstechnologien realisiert. Wir konnten zeigen, dass die entwickelten Sensoren empfindlich gegenüber relativer Feuchte im Bereich von 25 bis 80 % rel. Feuchte sind.

Wir brauchen "Saft" - Textile Energiequellen

Textile Solarzellen und Photodioden für Textilien

 

 

Eine autarke Stromversorgung ist insbesondere bei tragbaren Smart Textiles Lösungen unabdingbar. Grundsätzlich verfolgen wir an der Hochschule auf diesem Themengebiet zwei Ansätze:

Die Integration von miniaturisierten Photodioden, welche sich mit der Paillettenstickerei auf Textilien aufbringen lassen Wir entwickeln textilbasierte Farbstoffsolarzellen (Grätzelzellen) auf textilen Materialien mit lösungsmittelfreien Elektroden- und Halbleiterschichten.

 

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.

 

DOI: 10.1088/1757-899X/175/1/012058

DOI: 10.1088/1757-899X/254/7/072016

Textile Batterie

 

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.

 

Das Forschungsprojekt „Entwicklung eines Durchstichsensors für Stichschutzbekleidung“ wurde von den Projektpartnern Bache Modeland GmbH, Freyer & Siegel Elektronik GmbH & Co. KG und der Hochschule Niederrhein durchgeführt. Ziel des Projektes war es, ein Alarmsystem für stichhemmende Oberbekleidung zu entwickeln. Mittels leitfähiger Garne und die Applikation leitfähiger Dispersionen wurde in eine stichhemmenden Strickjacke ein Sensor integriert, welcher die Unversehrtheit der Jacke kontrolliert. Ein Mikroprozessor übernimmt die Überwachung der Leiterbahnen, indem er diese in regelmäßigen Abständen durch einen Prüfstrom von wenigen Mikroampere testet. Stellt der Prozessor fest, dass sich der Prüfstrom außerhalb eines zuvor spezifizierten Rahmens bewegt, wird ein Alarm ausgelöst. Der Alarm kann zusammen mit einem GPS-Signal zur Lokalisierung des Angegriffenen an eine zentrale Leitstelle, wie eine Taxizentrale oder eine ÖPNV-Leitstelle gesendet werden. Von dort kann Kontakt mit dem Opfer aufgenommen werden und ggf. ein Rettungsdienst alarmiert werden.

Durchstichsensor