Development of stretchable conductive hybrid yarn for e-textiles soft sensors applications
Gerilebilir iletken hibrit iplik geliştirilmesi e-tekstil yumuşak sensör uygulamaları için
- Tez No: 895339
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGÜR ATALAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Textile and Textile Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 67
Özet
Dokuma kumaşlar, insanoğlunun elementlere dayanmak için giyecek ve barınak aradığı yiyecek ve sudan hemen sonra hayatta kalabilmesi için ikinci gereklilik olmuştur. Teknolojiler ilerledikçe, giysi rulosu temel sıcaklık ihtiyacını aştı, giysi performansına yönelik önemli değişiklik, günümüz araştırmalarının odak noktası oldu ve köpekbalığı derisi teknolojileri ve diğer birçok yardımcıyı kullanarak insanlar yüzme hızlarında dünya rekorlarını kırmayı başardı. Günümüzde giyilebilir tekstiller, uzay boşluğuna dayanabilen atmosferik basınçlı astronot kıyafetlerinden, yoğun su basıncına dayanabilen derin dalgıç kıyafetlerine ve aşırı ısıya dayanıklı giysiler de dahil olmak üzere aradaki her şeye kadar insan yaşamının her alanında çok çeşitli uygulamalara sahiptir. canlı volkanların kenarları, yüksek hızlı mermi korumaları, alev geciktirici giysiler, antibakteriyel korumalar vb. Son yıllarda giyilebilir elektroniklere ve elektronik tekstillere yönelik artan ilgi, daha akıllı ve konforlu bir dünyaya yönelik rollerinin farkına varılarak araştırma alanlarının sıcak konusu haline geldi. Yumuşak sensörler, insan hayati organlarını kaydeden elektrotlar, hareket ve nesne algılamada eklemleri ve aksamaları izleyen basınç sensörleri dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalarda kullanılmak üzere tasarlanmış esneklikleri sayesinde bu araştırmanın en büyük payına hakim olmuştur. Bu araştırmaya karşılık olarak, kumaş tasarımına entegre edilebilecek iletken alt tabakalara büyük bir talep geliyor. Bu iletken alt tabakalar en temel haliyle bakır tellerdir, bu bakır teller mükemmel iletkenliğe sahip olsalar da insan vücuduna gerilebilirlik, döngüsel esneklik, ağırlık, kalıcı hava ve cilt bakım değerleri gibi rahatlatıcı yönlerden hiçbirini sağlamazlar; Bu nedenle, bu rahatlatıcı yönler, tekstil alt-tabakalarının, yani elyafların ve filamentlerin temellerine olabildiğince yakın olarak yerine getirilmelidir, böylece tekstil alt-tabakalarının yapı blokları yukarıda belirtilen hususları karşılıyorsa, varsayılan olarak iplikteki aynı talepleri karşılamalıdır. Kumaşlara kadar üretim. Hibrit iplik, iki veya daha fazla özelliğin tek bir iplikte birleştirilmesi amacıyla yaygın olarak yapılan bir üretimdir, bu üretimler klasik iplik üretim teknolojilerinde çeşitli modifikasyonlar ile yapılmakta, bu üretim teknolojilerinde istenilen özelliklerin sağlanamaması nedeniyle sorunlar yaşanmaktadır. dağılım her zaman ideal durumda değildir, buna bir örnek olarak, dokuma işlemindeki yüksek strese, dokunuşa yumuşaklığa dayanmak için yumuşak ama zayıf liflerin nitelikleri güçlü ama pürüzlü liflere eklendiğinde, dağılım her zaman ideal durumda değildir. lifler her zaman hibrit ipliğin dış yüzeylerinde olmayabilir. Kumaş üretimi sırasında kullanılabilecek iletken bir iplik geliştirerek bir tekstil substratı içinde entegre bir yumuşak sensör oluşturma arayışında birçok devam eden araştırma var. Tekstil tabanlı sensörler, sert ve esnek olmayan cihazların yeni ikameleridir; bu yeni nesil sensörler, kumaşın esneklik, düşük ağırlık ve nefes alabilirlik özelliklerini korurken, bu özelliklere gerilebilirlik eklenmesi, giyen kişinin rahatlığından ödün vermeden ideal bir giyilebilir elektronik sağlar. İstenilen özelliklere yakın iletken ipliklerin üretilmesi için karbon karası partiküllerinin elastik eğrilmiş ipliklere karıştırılması veya ticari olarak farklı iletken kaplamalarda bulunan lifli termoplastik iplikler üzerine iletken partikül kaplama gibi başarılı yöntemler vardır. Diğer yöntemler, ince bir metalik teli kauçuk bazlı bir ipliğe sarmak için çekirdek eğirme teknolojilerini kullanır. Ne yazık ki bu yöntemler çekme gerilmesi altında her iki özelliği de karşılamıyor, ya iletkenliklerini kaybederek“direnç katlanarak artıyor”ya da yeterli esnekliği sağlayamıyor. Bu çalışma için uygun bir uygulama SCHY olarak geliştirilen örme interdigitated kapasitif sensör (IDCS), interdigital sensörün temel tasarımı, v-yataklı atkı örme teknolojisinin sadece ön yatağında kakma tekniği kullanılarak süprem örgü yapısı olarak üretildi. (E14, Shima Seiki NSVR 122) burada iletken iplikler elektrot görevi görürken, iletken iplikler arasında kullanılan elastomerik iplikler dielektrik katman görevi görür. İletken ipliğin bir Spandex öz üzerine sarılma yöntemi, DirecTwist® 2C büküm makinesinin basit sarma mekanizması kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İletken ipliğin Spandex çekirdeği içindeki elastomerik gerginliğe karşı iyi bir örtü oranını elde etmek için en iyi üretim parametrelerini belirlemek amacıyla birden fazla deneme seti yürütüldü. Bu deneme seti varyasyonları, iki farklı sarma yöntemini, farklı örtü/çekirdek iplikleri yelpazesini ve son olarak metre başına sarım Tr.m-1 ila elastan besleme oranı %E üretimlerinin geniş bir varyasyonunu içeriyordu. Ticari olarak temin edilebilen Shieldex® iletken iplikler ve SCHY için istenen birleşik gerilebilirlik özelliklerini test etmek için, her biri 10 cm olan beş numune 120 N yükleme hücreli (James H. Universal Strength Tester) üzerinde test edildi 50 mm.sn-1 uzatma hızında. Özdirenç testi için, SCHY'den her biri 10 cm olan beş numune (UNI-T UT33B Digital Multimeter) tarafından (James H. Tensile Testing) üzerinde %5 uzama artışlarıyla test edildi, özdirenç testi yapıldı SCHY ipliklerinin tüm uzama aralığını kaplamak için uzama artışları numunelerin uzama kopmasına %230 yakın olana kadar. E-Tekstillerde ortalama insan vücudundan beklenen yok olma aralığından %35~45, test edilen SCHY uzantı değerlerinin zahmetsizce bu aralığı kapsadığını söylemek güvenlidir; Bununla birlikte, SCHY'nin ilk %50 sönme değerlerinin, direnç değerlerinde herhangi bir belirgin artış olmaksızın temel olması çok önemlidir, çünkü dirençte sabit bir oranda 0.2~03 Ω minimum artış vardır %5 uzama artışlarında, bu hibrit ipliğin herhangi bir E-Textiles imalatına güvenle entegre edilebildiği SCHY'nin genel direnci ile karşılaştırıldığında bu değerlerin ihmal edilebilir olduğu sonucuna varır. Çekme deformasyonu altındaki kapasitans değişiminin sonuçlarına ilişkin olarak, elde edilen sonuçlar, fabrikasyon sensörlerin, SCHY'nin farklı örme tasarımlara uygulanabilirliğini test etmek için tam bir karakterizasyon çalışması gerektirdiğini göstermektedir. Ayrıca, bilgisayarlı atkı örme teknolojilerinin tasarım esnekliği ve ölçeklenebilirliği nedeniyle, önerilen SCHY, tek adımlı giyilebilir bir E-Textiles sensörüne dönüştürülebilen çok çeşitli sensörlere entegre edilebilir. Bu çalışmanın devamında, hibrit iplik numaralarının istenildiği gibi ayarlanabildiği ring iplikçilik gibi farklı teknolojiler kullanılarak birkaç SCHY imal edilmesi amaçlanmaktadır. Ayrıca, fabrikasyon IDCS'nin ümit verici sonuçları, SCHY kullanımının fabrikasyon örme sensör üzerindeki etkisini araştırmak için kapıyı açar; burada örme teknolojilerinin esnekliği, ölçeklenebilirlik, elektrotların konumlandırılması ve İstenen sensör türleri.
Özet (Çeviri)
Textiles have been the second necessity for humans to survive sense the beginning of mankind, just after nutrition of food and water that humans look for cloth and shelter to withstand the elements. As the technologies advance the roll of clothing surpassed the basic need for warmth, significant change for clothing performance aid has been the focal point of today's research, succeeding in breaking the world records for humans swimming speeds utilizing shark skin technologies and many others aids. Nowadays wearable textiles have a wide variety of applications in every aspect of human lives beginning from atmospheric pressurized astronaut's suits that withstand the vacuum of space to the deep diving suits that can endure the immense water pressure and everything in between including the extreme heat suits used on the edges of live volcanos, high velocity projectile protections, flame retardant clothing, antibacterial protections, etc. In recent years an increasing attention towards wearable electronics and electronic textiles have been the hot topic of research fields, recognizing their role towards more intelligent and comfortable world. Soft sensors have dominated the biggest share of this research owing to their designing flexibility to be utilized into wide range of applications, including human vitals that can be recorded by a specialized electrode, besides pressure and strain sensors that are affected by the joints and limps in motion where it the sensor's signal will be corresponded to the joint bending intensity. Corresponding with that research comes a huge demand on conductive substrates that can be integrated within the fabric design. This conductive substrates in their most basic form are cupper wires, although this cupper wires have excellent conductivity, they don't provide any of the human body comforting aspects such as stretchability, cycling flexibility, weight, air permanently and skin care values; Therefore these comforting aspects should be fulfilled as close as it can be to the bases of textile substrates i.e., fibers and filaments, so that if the building blocks of the textile substrates fulfil the above mentioned aspects it should by default meet the same demands in yarn manufacturing up to fabrics. There are many ongoing researches in pursuit of establishing an integrated soft sensor within a textile substrate by developing a conductive yarn that can be utilized during fabric manufacturing. In this study a stretchable conductive hybrid yarn (SCHY) is developed in order to satisfy the human comfort demands, utilizing the Direct-Twist technology to wrap a non-stretchable conductive yarn around a highly stretchable spandex core to create a hybrid yarn that combine both attributes. Finally, this hybrid yarn was successfully integrated within a knit fabric during production to fabricate an interdigital capacitive sensor that covers the working range of human joints. As of right now this SCHY integrated soft sensor is undergoing characterization tests to determine the suitable applications for the fabricated interdigital sensor.
Benzer Tezler
- Development of stretchable conductive fabric through different metals coating approach for e-textile applications
E-tekstil uygulamaları için farklı metal kaplama yaklaşımıyla uzayabilir iletken kumaş geliştirilmesi
ZUHAIB HASSAN
Doktora
İngilizce
2022
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA KALAOĞLU
- Graphene based stretchable electronics
Grafen tabanlı esnek elektronikler
BERKCAN ZÜLFİKAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NİHAN AYDEMİR
- Designing and manufacturing superamphiphobic flexible sensors
Süperamfifobik esnek sensör tasarlanması ve üretilmesi
FATMA SAİME ERDÖNMEZ
Doktora
İngilizce
2023
Polimer Bilim ve TeknolojisiBursa Teknik ÜniversitesiPolimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE BEDELOĞLU
- Development of textile based temperature sensor for wearable electronics
Giyilebilir elektronikler için tekstil tabanlı sıcaklık sensörü geliştirilmesi
BURCU ARMAN KUZUBAŞOĞLU
Doktora
İngilizce
2021
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SENEM KURŞUN BAHADIR
- Enerji depolamada yenilikçi karbon yapılı esnek yüzeylerin üretimi ve analizi
Production and analysis of novel carbon structured flexible surfaces for energy storage applications
ESRA ŞERİFE KILIÇ
Doktora
Türkçe
2024
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ DEMİR