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Körperwärme für leichte Wearables

Körperwärme für leichte Wearables

Wissenschaftler der University of Massachusetts haben einen Stoff entwickelt, der Körperwärme für kleine tragbare Geräte wie Fitness-Tracker gewinnen kann.

Die Materialchemikerin Trisha Andrew und ihr Ph.D. Die Studentin Linden Allison hat einen 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 mithilfe dieses Effekts von einem warmen in einen kühleren Bereich zu bewegen, während viele Wissenschaftler die Wärme eines menschlichen Körpers als mögliche Energiequelle für Wearables identifiziert haben.

Körperwärme ist eine unendliche Energiequelle

Die vorhandenen Stoffe, die diese Energiequelle ernten können, sind entweder teuer, giftig oder ineffizient.

Andrew sagt: „Was wir entwickelt haben, ist eine Möglichkeit, biokompatible, flexible und leichte Polymerfilme, die aus alltäglichen Materialien bestehen, kostengünstig auf Baumwollgewebe zu drucken, deren thermoelektrische Eigenschaften hoch genug sind, um eine relativ hohe thermische Spannung zu erzielen, die ausreicht, um a zu versorgen kleines Gerät. "

Die beiden Wissenschaftler nutzten die natürlich niedrigen Wärmetransporteigenschaften von Wolle und Baumwolle, um thermoelektrische Kleidungsstücke herzustellen, die einen Temperaturgradienten über ein elektronisches Gerät, das als Thermosäule bekannt ist, 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 für Geräteingenieure interessant sein wird, die nach neuen Energiequellen für tragbare Elektronik suchen, und für Designer, die an der Entwicklung intelligenter Kleidungsstücke interessiert sind."

Der Stoff nutzt die natürlichen Eigenschaften der Wolle

Die Wissenschaftler entwickelten einen Prototyp ihrer Idee, indem sie ein leitendes Polymer, das als persistent p-dotiertes Poly (3,4-ethylendioxythiophen) (PEDOT-Cl) bekannt ist, auf ein dicht gewebtes und ein mittel gewebtes Stück handelsüblichen Baumwollgewebes dampfdruckten .

Dieses 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 Schleifen 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 Gewebearms, da feuchte Materialien bekanntermaßen einen besseren Wärmeleiter aufweisen als trockene Stoffe. Sie könnten eine übermäßige Wärmeübertragung abschwächen, indem sie eine wärmereflektierende Kunststoffschicht zwischen der Haut des Trägers und dem Band anbringen.

Die Forschung wurde in Advanced Materials Technologies veröffentlicht.

Zusammenfassend sagen die Forscher: „Wir zeigen, dass durch den reaktiven Dampfbeschichtungsprozess mechanisch robuste Gewebethermopiles entstehen“ mit „besonders hohen thermoelektrischen Leistungsfaktoren“ bei Niedertemperaturunterschieden im Vergleich zu traditionell hergestellten Geräten.

"Darüber hinaus 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 günstigere und ungiftigere Stoffe ebnen, die zur Stromversorgung von Wearables verwendet werden könnten.


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