Šance na nákup nositelné elektroniky v tomto desetiletí se v poslední době značně posunuly kupředu, když tým vědců vytvořil materiál, který je samonapájecí (z tělesného tepla) a také dostatečně flexibilní, aby mohl být použit v oděvech nebo připojené přímo na kůži.

Zatímco elektronická zařízení ve formě malých senzorů jsou již dlouho používána pro lékařské účely (jako je měření krevního tlaku, mozkové aktivity, srdeční frekvence nebo uvolňování specifických chemikálií), používají je jen ti, kteří je skutečně potřebují. Je tomu tak proto, že současná technologie pro nositelná elektronická zařízení je stále příliš těžká, rigidní nebo křehká na to, aby se dala rozšířit v módě nebo v základních spotřebitelských zařízeních.

Vědci proto studovali způsoby, jak napájet elektroniku, která je dostatečně silná, aby se zabránilo jejímu zlomu, ale dostatečně lehká a flexibilní, aby se snadno nosila.

S vynálezem elektronického zařízení vyrobeného z pružných samonosných materiálů, které jsou poháněny tělesným teplem, vypadá budoucnost elektroniky mnohem lépe.

Ukázka procesu řezání a hojení kompozitního filmu připojeného v obvodu s LED lampou provozovanou s konstantním napětím 3 V.

Materiál je založen na směsi tří organických sloučenin, které byly kombinovány za účelem vytvoření prototypu termoelektrického materiálu, který využívá teplotní gradienty k výrobě elektřiny. Tím se vědci vyhnuli potřebě těžkých a nemotorných bateriových sad.

Tento objev byl oznámen v tiskové zprávě Univerzity vědy a technologie krále Abdullaha (KAUST), která uvádí, že „Tým vedený Derya Baran a Seyoung Kee ve společnosti KAUST smíchal vysoce vodivý termoelektrický polymer PETOT: PSS (poly ( 3,4-ethylendioxythiofen (dotovaný polystyrensulfonátem), s dimethylsulfoxidem, organickou sloučeninou, která zvyšuje účinnost PETOT: PSS, a Triton X-100, lepkavým, gelovitým činidlem, které podporuje vodíkovou vazbu s PETOT: PSS. “

Samoléčivý proces u viskoelastických termoelektrických kompozitů. Snímky ze skenovací elektronové mikroskopie (SEM) a) filmu PEDOT: PSS bez povrchově aktivní látky a b) kompozitního filmu na podložním skle. Měřítko stupnice je 50 um. c) Zvětšený obraz SEM řezu na kompozitní fólii. Měřítko, 5 um.

„Tato poslední ingredience,“ poznamenává Kee, postdoktorandský kolega v KAUST, „byla nezbytná pro poskytnutí natahovacích a samoléčivých vlastností, které jsme potřebovali.“

Tým poté použil 3D tiskárnu k nanášení materiálu v silných vrstvách, než začaly testovat jeho mimořádné vlastnosti, zejména když materiál nadále dodávál energii, přestože byl natažen na 35% své původní velikosti.

Reprezentace nastavení 3D tiskárny a procesu tisku.

Při zkoušení samoléčivých vlastností materiálu vědci dále používali žiletku k rozřezání fólií na polovinu, zatímco napájeli LED světlo.

"Je úžasné, že světlo během řezání nebo po řezání nezhaslo," říká Kee. "Opakoval jsem řez desetkrát, ale materiál pokračoval v samoléčení v čase kratším než jedna sekunda a udržel si 85 procent svého výkonu."

Tyto tři fotografie představují kompozitní film po oříznutí, opětovném připojení a následném natažení.

Tým také zjistil, že ideální teplotní rozdíl mezi oběma stranami materiálu byl 32 stupňů Celsia; za těchto podmínek produkuje maximální výkon 12,2 nanowattů.

Ukázka flexibilní operace TEG a tělesné teploty. a) Architektura zařízení TEG, která se skládá ze šesti ramen ternárního kompozitního filmu, který je vyroben na polyethylenovém naftalátovém substrátu. b) Infračervený tepelný obraz TEG s dotykem prstu.

Tým nyní zveřejnil svá zjištění v časopise Advanced Materials, kde podrobně popisují, jak vyrobit, „… roztažitelné a samoléčivé termoelektroniku za použití termoelektrického kompozitu zpracovatelného v roztoku a 3D tisku…“

"Nositelná elektronika je pod neustálým tlakem a jejich napájení je náchylné k přerušení," říká Kee. "Náš materiál může poskytovat stálou a spolehlivou sílu, protože se může deformovat, protáhnout a co je nejdůležitější, uzdravit se."

Fotografie flexibilního TEG dotýkaného prsty (potaženého latexovými rukavicemi) s výstupním napětím 0,6 mV generovaným při okolní teplotě.

Zatímco kritici zdůrazňují, že 12 nanowattů je nedostatečný výkon pro cokoli kromě nejmenšího, nejjednoduššího senzoru nebo vysílače, objev je stále velkým průlomem, který by měl vést k stále silnějším nositelným zařízením.

"Ukázali jsme, že takové materiály lze snadno vyrobit pomocí 3D tisku, což je velmi populární a praktická technologie," říká Kee. "Dále musíme najít materiály s ještě lepšími termoelektrickými vlastnostmi, abychom mohli v blízké budoucnosti vyrobit větší energii."

Fotografický kredit: Advanced Materials