不仅利用体温发电，这种“电池”还可以直接穿在身上

美国马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校(University of Massachusetts Amherst)的材料化学家Trisha Andrew说，许多可穿戴生物传感器、数据发射器以及用于个性化健康监测的类似技术进步，现在已经“创造性地缩小了”，但它们需要大量能源，而电源则可能又大又重。不过近日，在《先进材料技术》杂志上发表的论文中，Andrew和她的博士生Linden Allison表示他们开发出了一种能够收集人体热量的面料，可为活动追踪器等小型可穿戴微电子设备提供动力。

在论文的早期网络版中，Andrew和 Allison解释说，理论上讲，利用人体温度和周围较冷空气之间的差异可以产生能量，这是一种“热电效应”。具有高导电性和低导热性的材料可以通过这种方式将电荷从温暖的区域转移到较冷的区域。

他们指出，此前一些研究表示，8个小时的工作日内可以从人体上获得少量电能，但目前达到这一目的所需的特殊材料要么非常昂贵、有毒，要么效率低下。Andrew说:“我们开发的是一种以低廉的成本将具备生物相容性、柔韧性的轻质聚合物薄膜印在棉布上的方法，这种薄膜由日常使用的大量材料制成，具有足够高的热电性能，可以产生相当高的热压，足以为小型设备供电。”

研究中，研究人员利用羊毛和棉花天生的低传热特性，创造出了一种热电面料。这种面料可可以在长时间连续穿着的情况下将热量转化为电能。具体来说，他们通过将一种导电聚合物——PEDOT-Cl（3,4-乙二氧噻吩)用蒸汽印刷在一种紧织和一种中织的商用棉织物上，制成了全织物热电偶。他们把这种热电偶集成到了一个经特殊设计的可穿戴臂带中。把它佩戴在手上，就可以产生大于20毫伏的热电压。

研究中，为测试PEDOT-CI涂层的耐久性，研究人员在温水中对涂层进行了摩擦或清洗。扫描电子显微照片显示，经此操作后的涂层“没有裂纹、分层，经确认具备机械强度。”他们还用特制的探针测量了涂层的表面电导率，发现松散的织物的导电率比紧密的织物更高。不过这两种织物的导电性“在摩擦和洗涤后均基本保持不变”。此外，考虑到使用者对PEDOT-CI的过敏反应风险，与皮肤接触一侧并未添加涂层。

实验中，研究人员还注意到，流汗显著地增加了弹性臂带的热压输出，这并不奇怪，因为湿棉花通常是比干织物更好的导热体。而通过在佩戴者的皮肤和腕带之间插入一层热反射塑料层，使用者就可以随意关闭传热。

“本质上，我们利用了面料的基本绝缘性能，解决了设备行业长期存在的一个问题，”Andrew总结道，“我们相信，这项工作将会吸引那些为可穿戴电子产品探索新能源的设备工程师，以及对创造智能服装感兴趣的设计师。”总的来说，“我们的研究成果表明，与传统生产的设备相比，反应蒸汽涂层工艺在低温下产生了具有显著高热电功率因数的织物热电偶。” “此外，我们描述了将热电偶自然集成到服装中的最佳实践，尽管持续穿着，热电偶仍能保持显著的温度梯度。”

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编译：Max  

审稿：阿淼  

责编：张梦

期刊来源：《先进材料技术》

期刊编号：0935-9648

原文链接：

https://phys.org/news/2019-01-materials-chemists-body-power-smart.html

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