Muchos biosensores portátiles, transmisores de datos y avances tecnológicos similares para el control de la salud personalizado ahora se han "miniaturizado creativamente, "dice la química de materiales Trisha Andrew de la Universidad de Massachusetts Amherst, pero requieren mucha energía, y las fuentes de energía pueden ser voluminosas y pesadas. Ahora ella y su Ph.D. La estudiante Linden Allison informa que han desarrollado una tela que puede recolectar el calor corporal para alimentar pequeños microelectrónicos portátiles como los rastreadores de actividad.

Escribiendo en una de las primeras ediciones en línea de Tecnologías de materiales avanzadas , Andrew y Allison explican que, en teoría, el calor corporal puede producir energía aprovechando la diferencia entre la temperatura corporal y el aire más fresco del ambiente, un efecto "termoeléctrico". Los materiales con alta conductividad eléctrica y baja conductividad térmica pueden mover la carga eléctrica de una región cálida a una más fría de esta manera.

Algunas investigaciones han demostrado que se pueden obtener pequeñas cantidades de energía de un cuerpo humano durante una jornada laboral de ocho horas. pero los materiales especiales que se necesitan en la actualidad son muy caros, tóxico o ineficaz, señalan. Andrew dice:"Lo que hemos desarrollado es una forma económica de impresión de vapor biocompatible, películas de polímero flexibles y ligeras hechas de todos los días, abundantes materiales sobre telas de algodón que tienen propiedades termoeléctricas lo suficientemente altas como para producir un voltaje térmico bastante alto, suficiente para alimentar un dispositivo pequeño ".

Por este trabajo, Los investigadores aprovecharon las propiedades de transporte de calor naturalmente bajas de la lana y el algodón para crear prendas termoeléctricas que pueden mantener un gradiente de temperatura a través de un dispositivo electrónico conocido como termopila. que convierte el calor en energía eléctrica incluso durante largos períodos de uso continuo. Esta es una consideración práctica para asegurar que el material conductor sea eléctricamente, mecánica y térmicamente estable en el tiempo, Andrew anota.

"Esencialmente, Aprovechamos la propiedad aislante básica de las telas para resolver un problema de larga data en la comunidad de dispositivos, "Ella y Allison resumen." Creemos que este trabajo será interesante para los ingenieros de dispositivos que buscan explorar nuevas fuentes de energía para dispositivos electrónicos portátiles y diseñadores interesados ​​en crear prendas inteligentes ".

Específicamente, Ellos crearon su termopila totalmente de tela imprimiendo al vapor un polímero conductor conocido como poli (3, 3, 4-etilendioxitiofeno) (PEDOT-Cl) en una forma de tejido apretado y una forma de tejido medio de tela de algodón comercial. Luego integraron esta termopila en un diseño especial, banda portátil que genera voltajes térmicos superiores a 20 milivoltios cuando se lleva en la mano.

Los investigadores probaron la durabilidad del revestimiento PEDOT-CI frotando o lavando telas revestidas en agua tibia y evaluando el rendimiento mediante una micrografía electrónica de barrido. que mostró que el revestimiento "no se agrietó, deslaminar o lavar mecánicamente al lavarse o rasparse, confirmando la robustez mecánica del PEDOT-CI impreso con vapor ".

Midieron la conductividad eléctrica de la superficie de los revestimientos usando una sonda hecha a medida y encontraron que el tejido de algodón más suelto demostró una conductividad más alta que el material de tejido más apretado. Las conductividades de ambos tejidos "se mantuvieron prácticamente sin cambios después del frotamiento y el lavado, " agregan.

Usando una cámara termográfica, establecieron que la muñeca, la palma y la parte superior de los brazos de los voluntarios irradiaban más calor, Andrew y Allison produjeron bandas de tejido termoeléctrico elásticas que se pueden usar en estas áreas. El lado exterior expuesto al aire de la banda está aislado del calor corporal por el grosor del hilo, mientras que solo el lado sin recubrimiento de la termopila entra en contacto con la piel para reducir el riesgo de reacción alérgica a PEDOT-CI, señalan.

Los investigadores señalan que la transpiración aumentó significativamente la salida de termovoltaje del brazalete elástico, lo cual no fue sorprendente, ya que se sabe que el algodón húmedo es un mejor conductor del calor que las telas secas, ellos observan. Pudieron desactivar la transferencia de calor a voluntad insertando una capa de plástico reflectante del calor entre la piel del usuario y la banda. así como.

En general, ellos dicen, "Demostramos que el proceso de recubrimiento de vapor reactivo crea termopilas de tela mecánicamente resistentes" con "factores de potencia termoeléctrica notablemente altos" a diferencias de temperatura bajas en comparación con los dispositivos producidos tradicionalmente. "Más lejos, describimos las mejores prácticas para la integración natural de termopilas en las prendas, que permiten mantener gradientes de temperatura significativos a través de la termopila a pesar del desgaste continuo ".