近日，據(jù)外媒報(bào)道，美國的材料化學(xué)家開發(fā)了一種可以收集人體熱量的布料，這種布料可以為小型可穿戴設(shè)備提供動力。美國馬薩諸塞大學(xué)的材料化學(xué)家Trisha Andrew表示，許多可穿戴生物傳感器、數(shù)據(jù)發(fā)射器和類似的個(gè)性化健康監(jiān)測設(shè)備發(fā)展迅速，如今已經(jīng)越來越小型化。但它們需要大量的能源，而且電源通常是笨重的。
現(xiàn)在，她和她的博士生Linden Allison說，他們已經(jīng)開發(fā)出一種能夠收集人體熱量的織物，為小型可穿戴微電子設(shè)備(如活動追蹤器)提供動力。
Andrew和Allison解釋說，在理論上，身體熱量可以利用體溫與周圍冷空氣的差異產(chǎn)生電能，即產(chǎn)生“熱電”效應(yīng)。
但他們指出，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。Andrew說：“我們所開發(fā)的是一種低成本的蒸汽印刷方法，是將生物兼容、柔性和輕質(zhì)的聚合物薄膜印在棉織物上，這些棉織物具有足夠高的熱電性能，能夠產(chǎn)生相當(dāng)高的熱電壓，足以驅(qū)動一臺小型設(shè)備。”
在這項(xiàng)工作中，研究人員利用羊毛和棉花的自然低熱傳輸特性，制造出一種能夠保持溫差的熱電服裝。溫度梯度穿過一種稱為熱電堆的電子設(shè)備，即使在長時(shí)間的連續(xù)磨損中也能將熱量轉(zhuǎn)化為電能。
她和Allison總結(jié)道：“本質(zhì)上，我們利用織物的基本絕緣性能來解決設(shè)備界一個(gè)長期存在的問題�！薄拔覀兿嘈牛瑢τ谀切⿲で鬄榭纱┐麟娮赢a(chǎn)品開發(fā)新能源的設(shè)備工程師和有意開發(fā)智能服裝的設(shè)計(jì)師來說，這項(xiàng)工作將是很有趣的。”
具體來說，他們創(chuàng)造的織物是一種被稱為持久p摻雜聚(3，4-乙基二氧噻吩)(PEDOT-Cl)的導(dǎo)電聚合物，通過蒸汽印刷在一種緊密組織和一種中等組織形式的商用棉織物上。然后，他們將這種熱電堆集成到一個(gè)特別設(shè)計(jì)的可穿戴的波段中，當(dāng)戴在手上時(shí)產(chǎn)生大于20毫伏的熱電壓。
研究人員通過摩擦或洗滌涂層織物測試了PEDOT-CI涂層的耐用性。并通過掃描電子顯微照片對涂層性能進(jìn)行評估，結(jié)果表明涂層“經(jīng)洗滌或擦傷后不開裂、不分層，從而證實(shí)了蒸汽印刷PEDOT-CI的機(jī)械堅(jiān)固性”。
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他們用定制的探針測量了涂層的表面電導(dǎo)率，發(fā)現(xiàn)較松的組織棉比緊密的組織材料表現(xiàn)出更高的導(dǎo)電性。他們補(bǔ)充道，這兩種織物的導(dǎo)電性“在摩擦和清洗后基本保持不變”。
研究發(fā)現(xiàn)，他們確定志愿者的手腕、手掌和上臂散發(fā)出的熱量最多，因此Andrew和Allison制作了可穿在這些區(qū)域的有彈性的熱電織物針織帶，這些露在空氣中的帶子外部是絕緣的。根據(jù)紗線的厚度，只有溫度計(jì)的未涂層一側(cè)才能接觸皮膚，以減少對PEDOT-CI過敏反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。
研究人員注意到，汗水顯著增加了伸展臂的熱電壓輸出，這并不令人驚訝，因?yàn)樗麄冇^察到，濕棉是一種比干織物更好的熱導(dǎo)體。他們還可以通過在佩戴者的皮膚和帶子之間插入一個(gè)反射熱的塑料層，隨意關(guān)閉熱量傳遞。
總的來說，他們表明，反應(yīng)蒸汽涂覆工藝創(chuàng)造了機(jī)械堅(jiān)固的織物溫差，與傳統(tǒng)生產(chǎn)的設(shè)備相比，在低溫溫差中具有“顯著的高熱電功率因數(shù)”。此外，他們還發(fā)現(xiàn)了最佳做法是自然地將溫度計(jì)集成到成衣中，這使得盡管有持續(xù)的磨損，仍能在整個(gè)溫度計(jì)上保持顯著的溫度梯度。
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