一款能收集人體熱量的面料

2020-07-02 中國紡織雜誌
一款能收集人體熱量的面料

近日，據外媒報導，美國的材料化學家開發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備提供動力。美國麻薩諸塞大學的材料化學家Trisha Andrew表示，許多可穿戴生物傳感器、數據發射器和類似的個性化健康監測設備發展迅速，如今已經越來越小型化。但它們需要大量的能源，而且電源通常是笨重的。

現在，她和她的博士生Linden Allison說，他們已經開發出一種能夠收集人體熱量的織物，為小型可穿戴微電子設備(如活動追蹤器)提供動力。

一款能收集人體熱量的面料

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生電能，即產生「熱電」效應。

但他們指出，目前所需的特殊材料要麼非常昂貴，要麼有毒，要麼效率低下。Andrew說：「我們所開發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，能夠產生相當高的熱電壓，足以驅動一臺小型設備。」

在這項工作中，研究人員利用羊毛和棉花的自然低熱傳輸特性，製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備，即使在長時間的連續磨損中也能將熱量轉化為電能。

她和Allison總結道：「本質上，我們利用織物的基本絕緣性能來解決設備界一個長期存在的問題。」「我們相信，對於那些尋求為可穿戴電子產品開發新能源的設備工程師和有意開發智能服裝的設計師來說，這項工作將是很有趣的。」

具體來說，他們創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。然後，他們將這種熱電堆集成到一個特別設計的可穿戴的波段中，當戴在手上時產生大於20毫伏的熱電壓。

研究人員通過摩擦或洗滌塗層織物測試了PEDOT-CI塗層的耐用性。並通過掃描電子顯微照片對塗層性能進行評估，結果表明塗層「經洗滌或擦傷後不開裂、不分層，從而證實了蒸汽印刷PEDOT-CI的機械堅固性」。

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一款能收集人體熱量的面料

他們用定製的探針測量了塗層的表面電導率，發現較松的組織棉比緊密的組織材料表現出更高的導電性。他們補充道，這兩種織物的導電性「在摩擦和清洗後基本保持不變」。

研究發現，他們確定志願者的手腕、手掌和上臂散發出的熱量最多，因此Andrew和Allison製作了可穿在這些區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。根據紗線的厚度，只有溫度計的未塗層一側才能接觸皮膚，以減少對PEDOT-CI過敏反應的風險。

研究人員注意到，汗水顯著增加了伸展臂的熱電壓輸出，這並不令人驚訝，因為他們觀察到，溼棉是一種比幹織物更好的熱導體。他們還可以通過在佩戴者的皮膚和帶子之間插入一個反射熱的塑料層，隨意關閉熱量傳遞。

總的來說，他們表明，反應蒸汽塗覆工藝創造了機械堅固的織物溫差，與傳統生產的設備相比，在低溫溫差中具有「顯著的高熱電功率因數」。此外，他們還發現了最佳做法是自然地將溫度計集成到成衣中，這使得儘管有持續的磨損，仍能在整個溫度計上保持顯著的溫度梯度。

文章來源自：中國紡織經濟信息網

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