Veel draagbare biosensoren, datatransmitters en soortgelijke technologische vooruitgang voor gepersonaliseerde gezondheidsmonitoring zijn nu "creatief geminiaturiseerd, ", zegt materiaalchemicus Trisha Andrew van de Universiteit van Massachusetts Amherst, maar ze hebben veel energie nodig, en stroombronnen kunnen omvangrijk en zwaar zijn. Nu zij en haar Ph.D. student Linden Allison meldt dat ze een stof hebben ontwikkeld die lichaamswarmte kan oogsten om kleine draagbare micro-elektronica zoals activity trackers van stroom te voorzien.

Schrijven in een vroege online editie van Geavanceerde materiaaltechnologieën , Andrew en Allison leggen dat in theorie uit, lichaamswarmte kan energie produceren door gebruik te maken van het verschil tussen lichaamstemperatuur en koelere omgevingslucht, een "thermo-elektrisch" effect. Materialen met een hoge elektrische geleidbaarheid en een lage thermische geleidbaarheid kunnen op deze manier elektrische lading verplaatsen van een warme regio naar een koelere.

Sommige onderzoeken hebben aangetoond dat gedurende een werkdag van acht uur kleine hoeveelheden energie uit een menselijk lichaam kunnen worden gehaald, maar de speciale materialen die momenteel nodig zijn, zijn ofwel erg duur, giftig of inefficiënt, wijzen ze erop. Andreas zegt, "Wat we hebben ontwikkeld, is een manier om goedkoop biocompatibel te dampprinten, flexibele en lichtgewicht polymeerfilms gemaakt van alledaagse, overvloedige materialen op katoenen stoffen die voldoende hoge thermo-elektrische eigenschappen hebben om een ​​redelijk hoge thermische spanning op te leveren, genoeg om een ​​klein apparaat van stroom te voorzien."

Voor dit werk, de onderzoekers maakten gebruik van de van nature lage warmtetransporteigenschappen van wol en katoen om thermo-elektrische kledingstukken te maken die een temperatuurgradiënt kunnen handhaven over een elektronisch apparaat dat bekend staat als een thermozuil, die warmte omzet in elektrische energie, zelfs bij langdurig continu dragen. Dit is een praktische overweging om te verzekeren dat het geleidende materiaal elektrisch, mechanisch en thermisch stabiel in de tijd, Andreas merkt op.

"Eigenlijk, we hebben geprofiteerd van de fundamentele isolerende eigenschap van stoffen om een ​​al lang bestaand probleem in de apparaatgemeenschap op te lossen, Zij en Allison vatten het samen. "We denken dat dit werk interessant zal zijn voor apparaatingenieurs die nieuwe energiebronnen voor draagbare elektronica willen verkennen en voor ontwerpers die geïnteresseerd zijn in het maken van slimme kleding."

specifiek, ze creëerden hun thermozuil voor alle stoffen door een geleidend polymeer te dampprinten dat bekend staat als persistent p-gedoteerde poly (3, 4-ethyleendioxythiofeen) (PEDOT-Cl) op een strak geweven en een medium geweven vorm van commerciële katoenen stof. Vervolgens integreerden ze deze thermozuil in een speciaal ontworpen, draagbare band die thermospanningen van meer dan 20 milliVolt genereert wanneer deze aan de hand wordt gedragen.

De onderzoekers testten de duurzaamheid van de PEDOT-CI-coating door gecoate stoffen in warm water te wrijven of te wassen en de prestaties te beoordelen door een elektronenmicroscoop te scannen. waaruit bleek dat de coating "niet barstte, delamineren of mechanisch wegspoelen bij het wassen of schuren, bevestigt de mechanische robuustheid van de met damp bedrukte PEDOT-CI."

Ze maten de elektrische geleidbaarheid van het oppervlak van de coatings met behulp van een op maat gemaakte sonde en ontdekten dat het lossere geweven katoen een hogere geleidbaarheid vertoonde dan het strakkere geweven materiaal. De geleidbaarheid van beide stoffen "bleef grotendeels onveranderd na wrijven en wassen, " voegen ze eraan toe.

Met behulp van een thermische camera, zij stelden vast dat de pols, handpalm en bovenarmen van vrijwilligers straalden de meeste warmte uit, dus produceerden Andrew en Allison elastische gebreide banden van thermo-elektrische stof die in deze gebieden kunnen worden gedragen. De aan de lucht blootgestelde buitenzijde van de band is geïsoleerd van lichaamswarmte door garendikte, terwijl alleen de niet-gecoate zijde van de thermozuil contact maakt met de huid om het risico op allergische reacties op PEDOT-CI te verminderen, wijzen ze erop.

De onderzoekers merken op dat transpiratie de thermovoltage-output van de elastische armband aanzienlijk verhoogde, wat niet verwonderlijk was, omdat vochtig katoen bekend staat als een betere warmtegeleider dan droge stoffen, ze observeren. Ze waren in staat om de warmteoverdracht naar believen uit te schakelen door een warmtereflecterende plastic laag tussen de huid van de drager en de band aan te brengen, ook.

Algemeen, ze zeggen, "We laten zien dat het reactieve dampcoatingproces mechanisch robuuste thermozuilen van textiel creëert" met "met name hoge thermo-elektrische vermogensfactoren" bij lage temperatuurverschillen in vergelijking met traditioneel geproduceerde apparaten. "Verder, we beschrijven best practices voor het op natuurlijke wijze integreren van thermozuilen in kleding, waardoor aanzienlijke temperatuurgradiënten over de thermozuil kunnen worden gehandhaafd, ondanks voortdurende slijtage."