Muitos biossensores vestíveis, transmissores de dados e avanços tecnológicos semelhantes para monitoramento de saúde personalizado foram agora "miniaturizados criativamente, "diz a química de materiais Trisha Andrew da Universidade de Massachusetts Amherst, mas requerem muita energia, e as fontes de energia podem ser volumosas e pesadas. Agora ela e seu Ph.D. a aluna Linden Allison relata que desenvolveu um tecido que pode coletar o calor do corpo para alimentar pequenos microeletrônicos vestíveis, como rastreadores de atividade.

Escrevendo em uma das primeiras edições online de Tecnologias de Materiais Avançadas , Andrew e Allison explicam que, em teoria, o calor corporal pode produzir energia, aproveitando a diferença entre a temperatura corporal e o ar mais frio do ambiente, um efeito "termoelétrico". Materiais com alta condutividade elétrica e baixa condutividade térmica podem mover carga elétrica de uma região quente para uma mais fria desta forma.

Algumas pesquisas mostraram que pequenas quantidades de energia podem ser obtidas de um corpo humano em um dia de trabalho de oito horas, mas os materiais especiais necessários no momento são muito caros, tóxico ou ineficiente, eles apontam. Andrew diz, "O que desenvolvemos é uma forma de impressão a vapor de forma barata e biocompatível, filmes de polímero flexíveis e leves feitos de todos os dias, materiais abundantes em tecidos de algodão que têm propriedades termoelétricas altas o suficiente para produzir uma tensão térmica bastante alta, o suficiente para alimentar um pequeno dispositivo. "

Para este trabalho, os pesquisadores aproveitaram as propriedades de transporte de calor naturalmente baixo da lã e do algodão para criar roupas termoelétricas que podem manter um gradiente de temperatura em um dispositivo eletrônico conhecido como termopilha, que converte calor em energia elétrica, mesmo durante longos períodos de desgaste contínuo. Esta é uma consideração prática para garantir que o material condutor será eletricamente, mecanicamente e termicamente estável ao longo do tempo, Andrew observa.

"Essencialmente, capitalizamos a propriedade de isolamento básico dos tecidos para resolver um problema de longa data na comunidade de dispositivos, "ela e Allison resumem." Acreditamos que este trabalho será interessante para engenheiros de dispositivos que buscam explorar novas fontes de energia para eletrônicos vestíveis e designers interessados ​​em criar roupas inteligentes. "

Especificamente, eles criaram sua termopilha totalmente em tecido imprimindo a vapor um polímero condutor conhecido como poli dopado com p persistente (3, 4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT-Cl) em uma forma de tecido de algodão comercial de trama justa e uma de trama média. Em seguida, eles integraram esta termopilha em um especialmente projetado, banda vestível que gera tensões térmicas superiores a 20 miliVolts quando usada na mão.

Os pesquisadores testaram a durabilidade do revestimento PEDOT-CI esfregando ou lavando tecidos revestidos em água morna e avaliando o desempenho por micrografia eletrônica de varredura, que mostrou que o revestimento "não rachou, delaminar ou lavar mecanicamente ao ser lavado ou lixado, confirmando a robustez mecânica do PEDOT-CI impresso a vapor. "

Eles mediram a condutividade elétrica da superfície dos revestimentos usando uma sonda customizada e descobriram que o tecido de algodão mais frouxo demonstrou maior condutividade do que o material de tecido mais apertado. A condutividade de ambos os tecidos "permaneceu praticamente inalterada após fricção e lavagem, "acrescentam.

Usando uma câmera térmica, eles estabeleceram que o pulso, palma e parte superior do braço dos voluntários irradiavam mais calor, então Andrew e Allison produziram faixas elásticas de malha de tecido termoelétrico que podem ser usadas nessas áreas. O lado externo exposto ao ar da banda é isolado do calor do corpo pela espessura do fio, enquanto apenas o lado não revestido da termopilha entra em contato com a pele para reduzir o risco de reação alérgica ao PEDOT-CI, eles apontam.

Os pesquisadores observam que a transpiração aumentou significativamente a saída de termovoltagem da braçadeira elástica, o que não foi surpreendente, como o algodão úmido é conhecido por ser um melhor condutor de calor do que os tecidos secos, eles observam. Eles foram capazes de desligar a transferência de calor à vontade, inserindo uma camada de plástico reflexivo de calor entre a pele do usuário e a pulseira, também.

Geral, eles dizem, "Nós mostramos que o processo de revestimento de vapor reativo cria termopilhas de tecido mecanicamente robusto" com "fatores de energia termoelétrica notavelmente altos" em diferenciais de temperatura baixos em comparação com dispositivos produzidos tradicionalmente. "Avançar, descrevemos as melhores práticas para a integração natural de termopilhas em roupas, que permitem que gradientes de temperatura significativos sejam mantidos em toda a termopilha, apesar do desgaste contínuo. "