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能量敷料:由人体热量驱动的传感器
2020-02-07 16:53:07   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

热电材料利用温度梯度现象来实现发电。它们有望利用人体热量为可穿戴设备供电,从而消除对电池的需求,但是当前的热电材料缺乏灵活性、强度和弹性,无法避免永久性损坏。

一种可拉伸并实现自我修复的材料利用人体的热量进行发电,可以为可穿戴电子设备持续供电。研究人员精心地结合了三种有机化合物,开发出一种既可以拉伸又可以自我修复的热电材料原型。该材料可以实现自发电,其坚固度足够承受来自日常生活的压力和应力。

佩戴在皮肤上或作为植入物的传感器正变得日趋流行,以收集个人医疗生物数据。传感器可以监测人类健康的重要标志,如心率、血压、大脑活动、肌肉运动、卡路里燃烧和某些化学物质的释放。最终目标是自供电可穿戴技术,但是这些技术需要可靠且持久的电源。

佩戴在皮肤上的传感器很快就可以靠人体热量提供电能

佩戴在皮肤上的传感器很快就可以靠人体热量提供电能

热电材料利用温度梯度现象来实现发电。它们有望利用人体热量为可穿戴设备供电,从而消除对电池的需求,但是当前的热电材料缺乏灵活性、强度和弹性,无法避免永久性损坏。

据麦姆斯咨询报道,由来自阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的Derya Baran和Seyoung Kee所带领的研究团队最近在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)杂志上发表了一项研究。在该研究中,他们混合了高导电性热电聚合物PETOT:PSS(聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸)、二甲基亚砜(一种能够增强PETOT:PSS性能的有机化合物)和Triton X-100(一种粘性凝胶状试剂,可促进与PETOT:PSS进行氢键键合)。

Kee表示,“最终材料成份对提供我们所需的弹性和自我修复特性至关重要。”

研究人员使用3D打印机将其混合物掺入厚薄膜中,然后在压力下测试这些薄膜的热电性能。首先,他们发现薄膜两侧之间的温差为32摄氏度,产生的最大功率输出为12.2纳瓦(nw)。

随后,该团队用刀片将薄膜切成两半,以测试薄膜的自我修复能力,同时为LED灯进行供电。

Kee指出,“令人惊讶的是,在切割过程中或切割后,LED灯的灯光都没有熄灭,我重复进行了10次切割活动,但是它在不到1秒钟内就能自我修复,输出功率为初始值的85%。”

此外,当研究人员将薄膜拉伸至比原始尺寸长三分之一左右时,它仍然可以稳定供电。

Kee强调道,“穿戴式电子设备在持续压力下,其电源很容易断开,我们的材料可以提供持续且可靠的动力,因为它可以变形、拉伸,最为重要的是具备自我修复能力。”

除了高效的生物传感器和发射器,12纳瓦不足以驱动多种设备,但这是一个充满希望的开端。

Kee补充道,“我们已经证明,使用3D打印可以轻松制备此类材料,这是一种非常流行且实用的技术。下一步,我们将寻找具有更好热电性能的材料,以便在不久的将来可以产生更大的功率。”

论文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.201905426

延伸阅读:

《医疗可穿戴设备市场与技术趋势-2019版》

《电子皮肤贴片技术及市场趋势-2019版》

《生物MEMS和非侵入式传感器-2018版》

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