Muchos biosensores portátiles, transmisores de datos y avances tecnológicos similares para el monitoreo de salud personalizado ahora han sido "creativamente miniaturizados", dice la química de materiales Trisha Andrew de la Universidad de Massachusetts Amherst, pero requieren mucha energía, y las fuentes de energía pueden ser voluminosasy pesado. Ahora ella y su estudiante de doctorado Linden Allison informan que han desarrollado un tejido que puede cosechar el calor del cuerpo para alimentar pequeños microelectrónicos portátiles como los rastreadores de actividad.
Escribiendo en una edición temprana en línea de Tecnologías avanzadas de materiales Andrew y Allison explican que, en teoría, el calor corporal puede producir energía aprovechando la diferencia entre la temperatura corporal y el aire ambiente más frío, un efecto "termoeléctrico". Los materiales con alta conductividad eléctrica y baja conductividad térmica pueden mover la carga eléctrica deuna región cálida hacia una más fría de esta manera.
Algunas investigaciones han demostrado que se pueden obtener pequeñas cantidades de energía de un cuerpo humano durante un día de trabajo de ocho horas, pero los materiales especiales necesarios en la actualidad son muy caros, tóxicos o ineficientes, señalan. Andrew dice: "¿Quéque hemos desarrollado es una forma de imprimir películas de polímeros biocompatibles, flexibles y livianas de bajo costo hechas de materiales cotidianos y abundantes en telas de algodón que tienen propiedades termoeléctricas lo suficientemente altas como para producir un voltaje térmico bastante alto, suficiente para alimentar un dispositivo pequeño ".
Para este trabajo, los investigadores aprovecharon las propiedades naturalmente bajas de transporte de calor de la lana y el algodón para crear prendas termoeléctricas que pueden mantener un gradiente de temperatura en un dispositivo electrónico conocido como termopila, que convierte el calor en energía eléctrica incluso durante largos períodosde desgaste continuo. Esta es una consideración práctica para asegurar que el material conductor va a ser eléctrica, mecánica y térmicamente estable con el tiempo, señala Andrew.
"Esencialmente, capitalizamos la propiedad aislante básica de los tejidos para resolver un problema de larga data en la comunidad de dispositivos", resumieron ella y Allison. "Creemos que este trabajo será interesante para los ingenieros de dispositivos que buscan explorar nuevas fuentes de energíapara dispositivos electrónicos portátiles y diseñadores interesados en crear prendas inteligentes "
Específicamente, crearon su termopila de todo tejido al imprimir con vapor un polímero conductor conocido como poli 3,4-etilendioxitiofeno dopado persistentemente p PEDOT-Cl en una forma comercial de tejido apretado y una de tejido mediotela de algodón. Luego integraron esta termopila en una banda portátil especialmente diseñada que genera voltajes térmicos superiores a 20 milivoltios cuando se usa en la mano.
Los investigadores probaron la durabilidad del recubrimiento PEDOT-CI frotando o lavando telas recubiertas en agua tibia y evaluando el rendimiento escaneando una micrografía electrónica, que mostró que el recubrimiento "no se agrietó, delaminó ni se lavó mecánicamente al ser lavado o desgastado, confirmando la robustez mecánica del PEDOT-CI impreso con vapor. "
Midieron la conductividad eléctrica de la superficie de los recubrimientos utilizando una sonda personalizada y descubrieron que el algodón de tejido más suelto demostró una conductividad más alta que el material de tejido más apretado. Las conductividades de ambos tejidos "permanecieron en gran medida sin cambios después de frotar y lavar", agregaron.
Usando una cámara térmica, establecieron que la muñeca, la palma y la parte superior de los brazos de los voluntarios irradiaban la mayor cantidad de calor, por lo que Andrew y Allison produjeron bandas elásticas de tejido termoeléctrico que se pueden usar en estas áreas.la banda está aislada del calor corporal por el grosor del hilo, mientras que solo el lado no recubierto de la termopila hace contacto con la piel para reducir el riesgo de reacción alérgica al PEDOT-CI, señalan.
Observan los investigadores que la transpiración aumentó significativamente la salida de voltaje de la banda elástica, lo cual no fue sorprendente, ya que se sabe que el algodón húmedo es un mejor conductor de calor que los tejidos secos, observaron. Pudieron apagar la transferencia de calor a voluntadinsertando también una capa plástica reflectante del calor entre la piel del usuario y la banda.
En general, dicen: "Mostramos que el proceso de recubrimiento de vapor reactivo crea termopilas de tela resistentes mecánicamente" con "factores de potencia termoeléctrica notablemente altos" a diferenciales de baja temperatura en comparación con los dispositivos producidos tradicionalmente ". Además, describimos las mejores prácticas paraintegrando naturalmente las termopilas en las prendas, lo que permite mantener gradientes de temperatura significativos en la termopila a pesar del desgaste continuo "
Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation y por la David and Lucille Packard Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Massachusetts en Amherst . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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