馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的材料化學(xué)家Trisha Andrew說，許多可穿戴式生物傳感器，數(shù)據(jù)傳輸器和用于個(gè)性化健康監(jiān)測(cè)的類似技術(shù)進(jìn)步現(xiàn)已“創(chuàng)造性地小型化”，但它們需要大量能源，而且電源可能龐大而且重。現(xiàn)在她和她的博士 學(xué)生Linden Allison報(bào)告說他們開發(fā)了一種可以收集體熱的織物，為活動(dòng)追蹤器等小型可穿戴微電子提供動(dòng)力。

Andrew和Allison 在早期的在線版“ 先進(jìn)材料技術(shù)”中寫道，從理論上講，體熱可以通過利用體溫和環(huán)境較冷的空氣之間的差異產(chǎn)生能量，這是一種“熱電”效應(yīng)。具有高導(dǎo)電性和低導(dǎo)熱性的材料可以以這種方式將電荷從溫暖區(qū)域移向冷卻區(qū)域。

他們指出，一些研究表明，在8小時(shí)的工作日內(nèi)可以從人體中獲取少量的能量，但目前所需的特殊材料要么非常昂貴，要么有毒，要么效率低下。安德魯說：“我們開發(fā)的是一種廉價(jià)蒸汽印刷生物相容，柔韌和輕質(zhì)聚合物薄膜的方法，這種聚合物薄膜由日常豐富的材料制成，在棉織物上具有足夠高的熱電性能，可產(chǎn)生相當(dāng)高的熱電壓，足以為小型電源供電設(shè)備。”

在這項(xiàng)工作中，研究人員利用羊毛和棉的自然低熱傳輸特性，創(chuàng)造出能夠在稱為熱電堆的電子設(shè)備上保持溫度梯度的熱電服裝，即使在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)的情況下也能將熱量轉(zhuǎn)化為電能。穿。Andrew指出，這是確保導(dǎo)電材料隨時(shí)間變得電氣，機(jī)械和熱穩(wěn)定的實(shí)際考慮因素。

“基本上，我們利用面料的基本絕緣性能來解決設(shè)備界長(zhǎng)期存在的問題，”她和Allison總結(jié)道。“我們相信這項(xiàng)工作對(duì)設(shè)備工程師來說很有意義，他們尋求探索可穿戴電子設(shè)備的新能源以及對(duì)創(chuàng)造智能服裝感興趣的設(shè)計(jì)師。”

具體來說，他們通過將一種稱為持久p-摻雜聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)(PEDOT-Cl)的導(dǎo)電聚合物氣相印刷到一種緊密編織和一種中等編織形式的商業(yè)棉織物上來制造他們的全織物熱電堆。 。然后，他們將這種熱電堆集成到一個(gè)專門設(shè)計(jì)的可穿戴帶中，當(dāng)佩戴在手上時(shí)，該帶可產(chǎn)生大于20毫伏的熱電壓。

研究人員通過在溫水中摩擦或洗滌涂層織物來測(cè)試PEDOT-CI涂層的耐久性，并通過掃描電子顯微鏡評(píng)估性能，這表明涂層“在洗滌或磨損后沒有破裂，分層或機(jī)械沖洗，確認(rèn)氣相印刷PEDOT-CI的機(jī)械堅(jiān)固性。“

他們使用定制的探針測(cè)量涂層的表面電導(dǎo)率，發(fā)現(xiàn)松散的編織棉比較緊密的編織材料表現(xiàn)出更高的導(dǎo)電性。他們補(bǔ)充說，這兩種面料的導(dǎo)電性“在摩擦和洗滌后基本保持不變”。

使用熱成像儀，他們確定志愿者的手腕，手掌和上臂散發(fā)出最多的熱量，因此安德魯和艾莉森生產(chǎn)出可以在這些區(qū)域穿著的彈性針織熱電織物帶。他們指出，帶的空氣暴露的外側(cè)與紗線厚度的體熱隔離，而只有熱電堆的未涂層側(cè)接觸皮膚，以減少對(duì)PEDOT-CI過敏反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。

研究人員指出，汗水顯著增加了彈性臂帶的熱電壓輸出，這并不奇怪，因?yàn)橐阎睗竦拿藁ū雀煽椢锔玫臒釋?dǎo)體，他們觀察到。他們能夠通過在佩戴者的皮膚和帶之間插入熱反射塑料層來隨意關(guān)閉熱傳遞。

總體而言，他們說，“我們表明，與傳統(tǒng)生產(chǎn)的設(shè)備相比，低溫差條件下，反應(yīng)性蒸汽涂層工藝可產(chǎn)生機(jī)械堅(jiān)固的織物熱電堆”，具有“特別高的熱電功率因數(shù)”。“此外，我們描述了將熱電堆自然地整合到服裝中的最佳實(shí)踐，這使得盡管連續(xù)磨損，仍能在熱電堆上保持顯著的溫度梯度。”