1D-NEON – 1D Nanofibre Electro-Optic Networks - TITV Greiz – Institut für Spezialtextilien und flexible Materialien

messung

H2020-NMP-22-2015 Grant Agreement No. 685758 (Innovation Action)

Abstract
Die Vision des 1D-NEON-Projekts ist die Entwicklung fasergestützter intelligenter Materialien zusammen mit einer integrierten Technologieplattform für die Herstellung neuer Produkte mit sektorübergreifenden Anwendungen in den Bereichen Unterhaltungselektronik, Energie, Gesundheitswesen, Fitness, intelligente Gebäude, Sensoren und e-Skin für weiche Robotik.
Das übergeordnete Ziel von 1D-NEON ist der Aufbau einer modularen Plattform für die Herstellung von faserbasierten Industrieprodukten in mehreren Marktsektoren. Nanomaterialien werden zu fünf grundlegenden Faserkomponenten zusammengesetzt und in intelligente Produkte integriert, um drei Pilotanwendungen zu beeinflussen.
Der Konstruktions- und Fertigungsansatz berücksichtigt sowohl die technische Leistung als auch die Kosteneffizienz dieser multisektoralen Anwendungen. Er zielt auf die nachhaltige Entwicklung neuer, hochwertiger Hochleistungsgeräte und -systeme ab, die für eine verbesserte Lebensqualität sicher in Alltagsgegenstände integriert werden können.

The vision of 1D-NEON project is to develop fibre-based smart materials along with an integrated technology platform for the manufacturing of new products with multisectorial applications in consumer electronics, energy, healthcare, fitness, smart buildings, sensors and e-skin for soft robotics.
The overall objective of 1D-NEON is to build a modular platform for manufacturing fibre-based industrial products in multiple market sectors. Nanomaterials are assembled into five basic fibre components along with processes for integration into smart products, to impact three pilot applications.
The design and manufacturing approach addresses both technical performance and cost-effectiveness of these multisectorial applications, targeting sustainable development of new high-value, high-performance devices and systems that could be integrated safely into everyday objects for an improved quality of life.

Aufgabenstellung
Im Projekt 1D-NEON werden mehrere funktionalisierte Fäden verknüpft, um großflächige Elektronikanwendungen zu erzeugen. Dabei übernimmt jeder Fadentyp eine eigenständige Aufgabe; durch intelligente Verschaltung mehrerer Fäden werden die Funktionen eines Leuchtvorhanges, einer Sensorhaut und einer textilen Energieversorgung realisiert.
Basis dieser Entwicklungsarbeit sind fünf funktionalisierte Fäden:

F-SE: Dehnbarer Faden zur Energieweiterleitung zwischen den Komponenten
F-FET: Fadenförmiger Feldeffekttransistor als Schaltelement
F-LED: Leuchtfäden auf Basis der Quantum-Dot-Technologie
F-Energy: Fadenförmige Energiespeicher
F-Sensor: Sensitive Fäden

Lösungsweg
Die vier Hauptarbeiten im 1D-NEON-Projekt bauen schrittweise aufeinander auf und fließen teilweise ineinander. Am Anfang steht die Herausforderung, die notwendigen Materialien für die o. g. Funktionsfäden zu identifizieren, zu erproben und deren Applikation auf dem Faden oder deren Herstellung in Fadenform zu ermöglichen. Dabei werden sowohl bekannte Materialien aus dem Bereich der metallischen Leiter und halbleitenden Stoffe, aber auch neuartige Quantum-Dot-Materialien für die Fäden untersucht und eingesetzt.

Aufbauend auf den Untersuchungen zur Applikation oder Herstellung dieser Funktionsmaterialien im Labormaßstab wird anschließend die Komponententechnologie untersucht, um einsetzbare Funktionsfäden zu entwickeln und eine einsatzbereite, hochskalierte Herstellungstechnologie zur Verfügung zu stellen. Die nun vorhandenen Funktionsfäden werden im folgenden Schritt in textile Prozesse (z. B. Weben und Wirken) integriert, deren Verarbeitung untersucht und innovative Lösungswege entwickelt, um die Fäden bereits im Textil elektrotechnisch zu verschalten. Zu guter Letzt werden die Fadenmaterialien, deren Verschaltung und die textilen Flächen so aufeinander abgestimmt, dass die gewünschten Pilotapplikationen entstehen.

Parallel zu all diesen Entwicklungsarbeiten werden auf den Ebenen Material, Komponente, Flächenware und Anwendung Simulationsmodelle entwickelt, um gezielte Vorhersagen treffen zu können. Die Themenbereiche Sicherheit, Zuverlässigkeit und Standardisierung werden kritisch beleuchtet und es werden neue Verfahren zur Qualitätskontrolle entwickelt.

Ergebnis und Anwendungen
Im Ergebnis des Projektes kann geschlussfolgert werden, dass alle fünf Funktionsfäden mit sinnvollem technologischem Aufwand herstellbar sind, der Funktionsnachweis erbracht ist und die Verarbeitung, Verschaltung und Funktionsdemonstration der Pilotapplikationen erfolgreich umgesetzt ist. Alle Funktionsfäden und ein bis zwei Alternativlösungsansätze pro Funktion konnten zudem in ihrem Technologie-Reifegrad (TRL, Technology Readyness Level) von Beginn des Projektes an gesteigert werden. Dies gilt sowohl für die damaligen Labormaterialien als auch die in der Skalierung befindlichen Funktionsmuster.

Ein weiteres sehr wichtiges Ergebnis sind die im Projekt entstandenen Funktions- und Zuverlässigkeitsprüfungen für textile und elektronische Materialien.

Auswahl einiger Projektergebnisse (Abb. 1–3)

Abb. 1: Kontinuierliche Fadenmetallisierung Abb. 2: Zyklischer Dehnungsversuch an leitfähigen Textilien Abb. 3: RGB-Display mit Streutextil

Projektpartner

The Chancellor, Masters and Scholars of the University of Cambridge
The Chancellor, Masters and Scholars of the University of Oxford
UNINOVA – Instituto de Desenvolvimento de Novas Tecnologias – Associação
CeNTI – Centro de Nanotecnologia e Materiais Técnicos, Funcionais e Inteligentes – Associação Fundació Eurecat
TITV – Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland e. V.
Silvaco Europe Ltd.
Saati Spa.
Relats SA
Solvay Specialty Polymers Italy Spa.
Henkel KGaA
LG Display Germany GmbH
Bioage SRL
Signify Netherlands BV