Power dressing:El-producerende, strækbar, selvreparerende materialer til wearables

Bærbar elektronik kan altid drives af stretchy, selvreparerende materialer, der bruger kropsvarme til at generere elektricitet. Tre omhyggeligt kurerede organiske forbindelser er blevet kombineret for at udvikle en prototype termoelektrisk materiale, der er både elastisk og selvhelbredende, kan producere sin egen elektricitet, og er robust nok til at modstå belastninger og belastninger i dagligdagen.

Sensorer båret på huden eller som implantater er en stadig mere populær måde at indsamle biologiske data til personlige og medicinske formål. De kan overvåge værdifulde markører for menneskers sundhed, såsom puls, blodtryk, hjerneaktivitet, muskel bevægelse, forbrændte kalorier og frigivelse af visse kemikalier. Det ultimative mål er selvdrevne bærbare teknologier, men disse vil kræve en pålidelig og holdbar elkilde.

Termoelektriske materialer bruger temperaturgradienter til at generere elektricitet. De har potentialet til at drive bærbare teknologier ved hjælp af kropsvarme, eliminerer behovet for batterier, men nuværende materialer mangler fleksibiliteten, styrke og modstandsdygtighed for at undgå at blive permanent beskadiget.

Et team ledet af Derya Baran og Seyoung Kee på KAUST har blandet den stærkt ledende termoelektriske polymer PETOT:PSS (poly(3, 4-ethylendioxythiophen) doteret med polystyrensulfonat), med dimethylsulfoxid, en organisk forbindelse, der øger ydeevnen af ​​PETOT:PSS, og Triton X-100, en klæbrig, gel-lignende middel, der fremmer hydrogenbinding med PETOT:PSS. "Denne sidste ingrediens var afgørende for at give de strækbare og selvhelbredende egenskaber, vi havde brug for, siger Kee.

Forskerne brugte en 3-D-printer til at deponere deres blanding i tykke lag og testede derefter den termoelektriske ydeevne af disse film under tvang. Først, de fandt, at en temperaturforskel på 32 grader Celsius mellem de to sider af filmen genererede den maksimale udgangseffekt på 12,2 nanowatt.

Holdet testede derefter filmens selvhelbredende adfærd ved at skære dem i to med et barberblad, mens de tændte et LED-lys. "Utroligt nok, lyset slukkede ikke under eller efter skæring, "siger Kee." Jeg gentog snittet ti gange, men den fortsatte med at selvhelbredende på mindre end et sekund og beholdt 85 procent af sin effekt." når de strakte filmen til omkring en tredjedel længere end dens oprindelige størrelse, det gav stadig en stabil strømforsyning.

"Bærbar elektronik er under konstant belastning, og deres strømforsyning er tilbøjelig til at gå i stykker, " siger Kee. "Vores materiale kan give konstant og pålidelig kraft, fordi det kan deformeres, strække, og vigtigst af alt, helbrede sig selv."

Tolv nanowatt er ikke nok til at drive mange enheder, undtagen måske højeffektive biosensorer og transmittere, men det er en lovende start. "Vi har vist, at sådanne materialer let kan laves ved hjælp af 3D-udskrivning, hvilket er en meget populær og praktisk teknologi", siger Kee. "Næste, vi skal finde materialer med endnu bedre termoelektriske egenskaber, så vi kan generere større strøm i den nærmeste fremtid. "