Wissenschaftler aus der Universität von Massachusetts haben Entwicklung eines Stoffes, der Körperwärme für kleine tragbare Geräte wie Fitness-Tracker gewinnen kann.
Die Materialchemikerin Trisha Andrew und ihre Doktorandin Linden Allison haben den Stoff entwickelt, der den „thermoelektrischen“ Effekt nutzt, der auftritt, wenn zwischen Körpertemperatur und kühlerer Umgebungsluft ein Unterschied besteht.
Der Stoff hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine niedrige Wärmeleitfähigkeit, die es ihm ermöglicht, elektrische Ladungen mit diesem Effekt von einem warmen Bereich zu einem kühleren zu bewegen, während viele Wissenschaftler haben identifizierte die Hitze aus einem menschlichen Körper als mögliche Energiequelle für Wearables.
Körperwärme ist eine unendliche Energiequelle
Die vorhandenen Stoffe, die diese Energiequelle ernten können, sind entweder teuer, giftig oder ineffizient.
Andrew sagt: „Wir haben eine Möglichkeit entwickelt, biokompatible, flexible und leichte Polymerfilme aus kostengünstigem Dampfdruck herzustellen. Täglich reichlich vorhandene Materialien auf Baumwollgeweben, deren thermoelektrische Eigenschaften hoch genug sind, um eine relativ hohe thermische Spannung zu erzielen, die ausreicht, um ein kleines Gerät mit Strom zu versorgen. ”
Die beiden Wissenschaftler nutzten die von Natur aus geringen Wärmetransporteigenschaften von Wolle und Baumwolle, um thermoelektrische Kleidungsstücke herzustellen, die einen Temperaturgradienten über ein elektronisches Gerät, das als Thermosäule bezeichnet wird, aufrechterhalten können.
Dies wandelt Wärme auch über lange Zeiträume kontinuierlichen Verschleißes in elektrische Energie um. „Im Wesentlichen haben wir die grundlegenden Isoliereigenschaften von Stoffen genutzt, um ein langjähriges Problem in der Gerätegemeinschaft zu lösen“, fassen sie und Allison zusammen.
„Wir glauben, dass diese Arbeit interessant sein wird Gerät Ingenieure, die nach neuen Energiequellen für tragbare Elektronik suchen, und Designer, die an der Entwicklung intelligenter Kleidungsstücke interessiert sind. ”
Stoff nutzt die natürlichen Eigenschaften von Wolle
Die Wissenschaftler entwickelten einen Prototyp ihrer Idee durch Dampfdrucken eines leitenden Polymers, das als dauerhaft p-dotiertes Poly 3,4-ethylendioxythiophen PEDOT-Cl bekannt ist, auf ein fest gewebtes und ein mittelgroßes Stück eines im Handel erhältlichen StücksBaumwollfabrik.
Dies wurde dann in ein tragbares Band integriert, das beim Tragen an der Hand Thermospannungen von mehr als 20 Millivolt erzeugt.
Der Prototyp wurde manipuliert und gewaschen, um seine Festigkeit und Haltbarkeit des Materials zu testen. Die Leistung des Materials „riss, delaminierte oder wusch sich beim Waschen oder Abreiben nicht mechanisch ab, was die mechanische Robustheit des dampfbedruckten PEDOT-CI bestätigte. ”
Schweiß kann nützlich sein, um die Thermospannung zu erhöhen
Schweiß erhöhte die Thermospannungsleistung des Stoffarmbandes, da feuchte Materialien bekanntermaßen einen besseren Wärmeleiter aufweisen als trockene Gewebe. Sie könnten eine übermäßige Wärmeübertragung durch Hinzufügen einer wärmereflektierenden Kunststoffschicht zwischen der Haut des Trägers und dem Band abschwächen.
Die Forschung wurde in Advanced Materials Technologies veröffentlicht.
Zusammenfassend die Forscher sagen wir „Wir zeigen, dass durch den reaktiven Dampfbeschichtungsprozess mechanisch robuste Gewebethermopiles entstehen“ mit „besonders hohen thermoelektrischen Leistungsfaktoren“ bei Niedertemperaturunterschieden im Vergleich zu traditionell hergestellten Geräten.
„Außerdem beschreiben wir Best Practices für die natürliche Integration von Thermopiles in Kleidungsstücke, die es ermöglichen, trotz kontinuierlichem Verschleiß signifikante Temperaturgradienten über die Thermopile hinweg aufrechtzuerhalten.“
Die Forschung könnte den Weg für erschwinglichere und ungiftigere ebnen Stoffe, mit denen Wearables angetrieben werden können .