Le tissu neuf peut moissonner la chaleur corporelle pour actionner la petite microélectronique portable

Beaucoup de biocapteurs portables, d'émetteurs de caractéristiques et d'avances assimilées de tech pour la surveillance de la santé personnalisée « ont été maintenant créativement miniaturisés, » dit le pharmacien Trisha Andrew de matériaux à l'université du Massachusetts Amherst, mais ils exigent beaucoup d'énergie, et les sources d'énergie peuvent être encombrantes et lourdes. Maintenant lui et son état d'Allison de tilleul de stagiaire de Ph.D. qu'elles ont développé un tissu qui peut moissonner la chaleur corporelle pour actionner la petite microélectronique portable telle que des dispositifs de poursuite d'activité.

Écrivant dans une édition en ligne tôt des technologies des matériaux avancées, Andrew et Allison expliquent que dans la théorie, la chaleur corporelle peut produire le pouvoir en tirant profit de la différence entre la température corporelle et l'air ambiant de refroidisseur, un effet « thermoélectrique ». Les matériaux avec la conductivité électrique élevée et la conduction thermique inférieure peuvent déménager la charge électrique d'une région chaude vers plus fraîche de cette façon.

De la recherche a prouvé que des petites quantités de pouvoir peuvent être moissonnées d'un corps humain au-dessus d'un jour ouvrable de huit heures, mais les matériaux spéciaux requis actuellement sont ou très chers, toxique ou inefficace, ils précisent. Andrew dit, « ce qui nous nous sommes développés est les films biocompatibles, flexibles et légers d'une vapeur-épreuve de voie économiquement de polymère faits de matériaux quotidiens et abondants sur les tissus de coton qui ont le haut assez de propriétés thermoélectriques pour fournir la tension thermique assez élevée, assez pour actionner un petit dispositif. »

Pour ce travail, les chercheurs ont tiré profit des propriétés de transport naturellement à basse température de la laine et du coton pour produire les vêtements thermoélectriques qui peuvent mettre à jour un gradient de température en travers d'un appareil électronique connu sous le nom de thermopile, qui la chaleur de convertis à l'énergie électrique même au-dessus de longues périodes d'usure continue. C'est une considération pratique pour assurer que le matériau conducteur va être électriquement, mécaniquement et thermiquement niche au fil du temps, notes d'Andrew.

« Essentiellement, nous avons capitalisé de la propriété isolante fondamentale des tissus pour résoudre un problème de longue date dans la communauté de dispositif, » il et Allison récapitulent. « Nous croyons que ce travail sera intéressant aux techniciens de dispositif qui recherchent à explorer des sources d'énergie neuves pour l'électronique portable et des créateurs intéressés à produire les vêtements secs. »

Particulièrement, ils ont produit leur thermopile de tout-tissu par la vapeur-impression un polymère de conduite connu sous le nom de poly constamment p-dopé (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT-Cl) sur une serré-armure et une forme de support-armure de tissu de coton commercial. Ils ont alors intégré cette thermopile dans une bande particulièrement conçue et portable qui produit millivolts plus grands de thermo-tensions des que 20 si usée sur la main.

Les chercheurs ont vérifié la résistance de la couche de PEDOT-CI par le frottement ou le blanchissage a vêtu des tissus dans l'eau chaude et rendement de l'évaluation en balayant le micrographe électronique, qui a prouvé que la couche « n'a pas fissuré, pas delaminate ou mécaniquement n'a pas enlevé en étant blanchi ou être rayé, confirmant la rugosité mécanique du PEDOT-CI vapeur-estampé. »

Ils ont mesuré la conductivité électrique extérieure des couches utilisant une sonde sur commande et ont constaté que le coton plus desserré d'armure a expliqué une conductivité plus élevée que le matériau plus serré d'armure. Les conductivités des deux tissus « sont demeurées en grande partie sans modification après le frottement et blanchissant, » elles ajoutent.

Utilisant un appareil-photo thermique, ils ont déterminé que le poignet, la paume et les bras des volontaires ont rayonné la plupart de chaleur, ainsi Andrew et Allison ont produit les bandes tricotées extensibles du tissu thermoélectrique qui peuvent être usées dans ces endroits. Le côté extérieur air-exposé de la bande est isolé de la chaleur corporelle par épaisseur de fil, alors que seulement le côté non-enduit de la thermopile entre en contact avec la peau pour ramener le risque de réaction allergique à PEDOT-CI, ils précisent.

Les chercheurs notent que la transpiration a augmenté de manière significative la sortie de thermovoltage du brassard extensible, qui n'était pas étonnant, comme du coton humide est connu pour être un meilleur conducteur de la chaleur que les tissus secs, ils observe. Ils pouvaient arrêter le transfert thermique à volonté en insérant une couche en plastique chaleur-réfléchie entre la peau du porteur et la bande, aussi bien.

De façon générale, ils disent, « nous prouvons que le procédé réactif de couche de vapeur produit les thermopiles mécanique-robustes de tissu » avec « des facteurs de puissance thermoélectriques de notable-haut » aux différentiels de basse température comparés aux dispositifs traditionnellement produits. « De plus, nous décrivons les pratiques pour les thermopiles intégrantes naturellement dans les vêtements, qui tiennent compte pour que des gradients de température significatifs soient mis à jour en travers de la thermopile en dépit de l'usure continue. »