身体热量驱动的新型智能服装

研究人员开发出一种涂有聚合物的新型智能织物，可为小型可穿戴设备提供电力。开发可穿戴技术的人的设计目标之一是创造舒适的服装，其中还包括人们越来越多地用于监控健康和健身的各种小型设备的电源。马萨诸塞州阿默斯特大学(UMass)的一个团队表示，他们已经通过一种新的织物实现了这一目标，这种织物能够为小型可穿戴微电子产生体热。

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虽然许多可穿戴式生物传感器，数据发送器以及用于个性化健康监测的类似可穿戴技术现已“创造性地小型化”，但它们仍然需要大量能源，麻省大学阿默斯特分校的材料化学家Trisha Andrew在麻省大学新闻发布会上表示。她说，这通常意味着电池或电线连接到外部电源，这些电池或电线体积大且不舒服，并且不适合用户友好的设计。

为了解决这个问题，Andrew和研究生Linden Allison利用羊毛和棉的自然低热传输特性来制造热电服，可以在称为热电堆的电子设备上保持温度梯度。她说，这种装置即使长时间持续磨损也能将热量转化为电能。

“从本质上讲，我们利用面料的基本绝缘性能来解决设备界长期存在的问题，”安德鲁说。她说，这项工作可以帮助设备工程师在寻求为可穿戴电子产品设计新能源以及对创造智能服装感兴趣的设计师时提供帮助。

事实上，虽然研究人员开发出可以为可穿戴设备收集电力的织物，但尚未证实的是它们的电气，机械和热稳定性随着时间的推移，安德鲁说。

UMass团队的工作基于这样的理论：体热可以通过利用体温和环境冷却空气之间的差异来产生能量，从而产生“热电”效应。以这种方式，具有高导电率和低导热率的材料可以将电荷从温暖区域移向较冷区域。

安德鲁承认，研究已经证明，一些材料可以在8小时的工作日内从人体获取少量的能量。然而，迄今为止在这些实施例中使用的材料要么非常昂贵，要么有毒，要么效率低。

“我们开发的是一种廉价蒸汽印刷生物相容，柔韧，轻质聚合物薄膜的方法，这种聚合物薄膜由日常丰富的材料制成，具有足够高的热电性能，足以为小型设备供电的棉花织物， “她解释道。

具体而言，研究人员通过将导电聚合物PEDOT-Cl蒸汽印刷到两种形式的商业棉织物上来制造他们的全织物热电堆 - 一种是紧密编织和一种是中编织。然后，他们将这种热电堆集成到一个专门设计的可穿戴带中，当佩戴在人的手上时，该带可产生大于20毫伏的热电压，并可用作电源。

该团队在“高级材料技术”杂志的一篇论文中描述了他们的工作。研究人员通过在温水中洗涤并通过扫描电子显微镜评估性能来测试聚合物涂层织物的耐久性。研究人员在他们的论文中写道，测试显示，涂层“在洗涤或磨损后没有裂缝，分层或机械冲洗，证实了气相印刷PEDOT-Cl的机械坚固性”。

该团队还详细介绍了他们如何使用定制探针测量涂层的表面电导率，发现松散编织棉的导电性高于更紧密的编织材料。研究人员写道，这两种织物的导电性“在摩擦和洗涤后基本保持不变”。