Draagbare elektronica kan voortdurend worden aangedreven door rekbare, zelfherstellende materialen die lichaamswarmte gebruiken om elektriciteit op te wekken. Drie zorgvuldig samengestelde organische verbindingen zijn gecombineerd om een ​​prototype thermo-elektrisch materiaal te ontwikkelen dat zowel rekbaar als zelfherstellend is. kan zijn eigen stroom opwekken, en is robuust genoeg om de stress en spanningen van het dagelijks leven te weerstaan.

Sensoren die op de huid of als implantaten worden gedragen, zijn een steeds populairdere manier om biologische gegevens te verzamelen voor persoonlijke en medische doeleinden. Ze kunnen waardevolle markers van de menselijke gezondheid volgen, zoals hartslag, bloeddruk, hersenactiviteit, spier beweging, verbrande calorieën en het vrijkomen van bepaalde chemicaliën. Het uiteindelijke doel is zelfaangedreven draagbare technologieën, maar hiervoor is een betrouwbare en duurzame elektriciteitsbron nodig.

Thermo-elektrische materialen gebruiken temperatuurgradiënten om elektriciteit op te wekken. Ze hebben het potentieel om draagbare technologieën aan te drijven met behulp van lichaamswarmte, batterijen overbodig maken, maar de huidige materialen missen de flexibiliteit, sterkte en veerkracht om blijvende schade te voorkomen.

Een team onder leiding van Derya Baran en Seyoung Kee bij KAUST heeft het hooggeleidende thermo-elektrische polymeer PETOT:PSS (poly(3, 4-ethyleendioxythiofeen) gedoteerd met polystyreensulfonaat), met dimethylsulfoxide, een organische verbinding die de prestaties van PETOT:PSS verbetert, en Triton X-100, een kleverige, gelachtig middel dat waterstofbinding bevordert met PETOT:PSS. "Dit laatste ingrediënt was essentieel voor het leveren van de rekbare en zelfherstellende eigenschappen die we nodig hadden, " zegt Kees.

De onderzoekers gebruikten een 3D-printer om hun mengsel in dikke lagen te deponeren en testten vervolgens de thermo-elektrische prestaties van deze films onder dwang. Eerst, ze ontdekten dat een temperatuurverschil van 32 graden Celsius tussen de twee zijden van de film het maximale uitgangsvermogen van 12,2 nanowatt opleverde.

Het team testte vervolgens het zelfherstellende gedrag van de films door ze doormidden te snijden met een scheermesje terwijl ze een LED-licht aandreven. "Verbazingwekkend, het licht ging niet uit tijdens of na het snijden, "zegt Kee. "Ik heb de snit tien keer herhaald, maar het bleef zichzelf herstellen in minder dan een seconde en behield 85 procent van zijn vermogen." Bovendien, toen ze de film tot ongeveer een derde langer uitrekten dan de oorspronkelijke grootte, het zorgde nog steeds voor een stabiele stroomvoorziening.

"Draagbare elektronica staat continu onder druk, en hun stroomvoorziening is gevoelig voor breken, " zegt Kee. "Ons materiaal kan constant en betrouwbaar vermogen leveren omdat het kan vervormen, rekken, en vooral, zichzelf genezen."

Twaalf nanowatt is niet genoeg om veel apparaten van stroom te voorzien, behalve misschien zeer efficiënte biosensoren en zenders, maar het is een veelbelovend begin. "We hebben aangetoond dat dergelijke materialen eenvoudig kunnen worden gemaakt met behulp van 3D-printen, wat een zeer populaire en praktische technologie is", zegt Kee. "Vervolgens, we moeten materialen vinden met nog betere thermo-elektrische eigenschappen, zodat we in de nabije toekomst meer stroom kunnen opwekken."