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美国化学家开发了一种可以收集人体热量的布料

来源:快科技   更新时间:2019-01-24 09:54:10    

  近日,据外媒报道,美国的材料化学家开发了一种可以收集人体热量的布料,这种布料可以为小型可穿戴设备提供动力。美国马萨诸塞大学的材料化学家Trisha Andrew表示,许多可穿戴生物传感器、数据发射器和类似的个性化健康监测设备发展迅速,如今已经越来越小型化。但它们需要大量的能源,而且电源通常是笨重的。

  现在,她和她的博士生Linden Allison说,他们已经开发出一种能够收集人体热量的织物,为小型可穿戴微电子设备(如活动追踪器)提供动力。

  Andrew和Allison解释说,在理论上,身体热量可以利用体温与周围冷空气的差异产生电能,即产生“热电”效应。

  但他们指出,目前所需的特殊材料要么非常昂贵,要么有毒,要么效率低下。Andrew说:“我们所开发的是一种低成本的蒸汽印刷方法,是将生物兼容、柔性和轻质的聚合物薄膜印在棉织物上,这些棉织物具有足够高的热电性能,能够产生相当高的热电压,足以驱动一台小型设备。”

  在这项工作中,研究人员利用羊毛和棉花的自然低热传输特性,制造出一种能够保持温差的热电服装。温度梯度穿过一种称为热电堆的电子设备,即使在长时间的连续磨损中也能将热量转化为电能。

  她和Allison总结道:“本质上,我们利用织物的基本绝缘性能来解决设备界一个长期存在的问题。”“我们相信,对于那些寻求为可穿戴电子产品开发新能源的设备工程师和有意开发智能服装的设计师来说,这项工作将是很有趣的。”

  具体来说,他们创造的织物是一种被称为持久p掺杂聚(3,4-乙基二氧噻吩)(PEDOT-Cl)的导电聚合物,通过蒸汽印刷在一种紧密组织和一种中等组织形式的商用棉织物上。然后,他们将这种热电堆集成到一个特别设计的可穿戴的波段中,当戴在手上时产生大于20毫伏的热电压。

  研究人员通过摩擦或洗涤涂层织物测试了PEDOT-CI涂层的耐用性。并通过扫描电子显微照片对涂层性能进行评估,结果表明涂层“经洗涤或擦伤后不开裂、不分层,从而证实了蒸汽印刷PEDOT-CI的机械坚固性”。

  他们用定制的探针测量了涂层的表面电导率,发现较松的组织棉比紧密的组织材料表现出更高的导电性。他们补充道,这两种织物的导电性“在摩擦和清洗后基本保持不变”。

  研究发现,他们确定志愿者的手腕、手掌和上臂散发出的热量最多,因此Andrew和Allison制作了可穿在这些区域的有弹性的热电织物针织带,这些露在空气中的带子外部是绝缘的。根据纱线的厚度,只有温度计的未涂层一侧才能接触皮肤,以减少对PEDOT-CI过敏反应的风险。

  研究人员注意到,汗水显著增加了伸展臂的热电压输出,这并不令人惊讶,因为他们观察到,湿棉是一种比干织物更好的热导体。他们还可以通过在佩戴者的皮肤和带子之间插入一个反射热的塑料层,随意关闭热量传递。

  他们说,总的来说,“我们表明,反应蒸汽涂覆工艺创造了机械坚固的织物温差”,与传统生产的设备相比,在低温温差中具有“显著的高热电功率因数”。“此外,我们还发现了最佳做法是自然地将温度计集成到成衣中,这使得尽管有持续的磨损,仍能在整个温度计上保持显著的温度梯度。”

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