Nhiều cảm biến sinh học mang theo người, thiết bị truyền dữ liệu và tiến bộ công nghệ tương tự để theo dõi sức khỏe của cá nhân đã được "thu nhỏ một cách sáng tạo", nhưng lại cần nhiều năng lượng và nguồn cung cấp năng lượng khá cồng kềnh. Giờ đây, nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Massachusetts Amherst đã tạo ra một loại vải thu nhiệt từ cơ thể để cung cấp năng lượng cho các vi thiết bị điện tử mang theo người như máy theo dõi hoạt động.

Theo giải thích của các nhà khoa học, về lý thuyết, nhiệt độ cơ thể giúp sản sinh điện năng bằng cách khai thác sự chênh lệch giữa nhiệt độ cơ thể và bầu không khí mát xung quanh, gọi là hiệu ứng "nhiệt điện". Vật liệu có độ dẫn điện cao và độ dẫn nhiệt thấp có thể di chuyển điện tích từ vùng ấm sang vùng lạnh hơn theo cách này.

Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng có thể khai thác khối lượng nhỏ điện năng từ cơ thể con người trong một ngày làm việc 8 tiếng, nhưng những vật liệu đặc biệt cần cho mục đích này hiện có giá thành đắt đỏ, độc hại hoặc không hiệu quả. Trisha Andrew, nhà hóa học vật liệu cho biết: “Chúng tôi đã đưa ra phương thức để in bằng hơi nước màng polyme tương thích sinh học, dẻo và nhẹ từ vật liệu thường nhật dồi dào trên vải cotton có tính chất nhiệt điện đủ để cung cấp điện áp nhiệt khá cao, đủ để cung cấp năng lượng cho thiết bị nhỏ".

Đối với nghiên cứu này, các nhà khoa học đã khai thác tính chất truyền nhiệt thấp tự nhiên của len và vải bông để sản xuất quần áo nhiệt điện có thể duy trì gradient nhiệt độ trên một thiết bị điện tử gọi là pin nhiệt điện, chuyển đổi nhiệt thành điện năng trong thời gian dài quần áo được mặc liên tục. Đây là lưu ý thực tế để đảm bảo rằng vật liệu dẫn điện sẽ ổn định về điện, cơ học và nhiệt theo thời gian.

Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã chế tạo pin nhiệt vải bằng cách in hơi một loại polyme dẫn điện được gọi là poly pha tạp p (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT-Cl) trên một loại vải dệt kín và một dạng vải cotton thương mại dệt ở mức vừa phải. Sau đó, họ đã kết hợp pin nhiệt vào dải băng mang theo người, được thiết kế đặc biệt sản xuất hơn 20 milliVolts khi đeo trên tay.

Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra độ bền của lớp phủ PEDOT-CI bằng cách chà hoặc giặt vải ngâm trong nước ấm và đánh giá hiệu suất bằng cách quét vi sóng điện tử. Kết quả là lớp phủ "không bị nứt, bị tẩy hoặc rửa cơ học khi được giặt hoặc tẩy, cho thấy độ bền cơ học của PEDOT-CI in hơi".

Nhóm nghiên cứu đã đo độ dẫn điện bề mặt của các lớp phủ bằng cách sử dụng đầu dò tùy chỉnh và nhận thấy vải bông dệt lỏng mang lại độ dẫn điện cao hơn so với vật liệu dệt chặt hơn. Độ dẫn điện của hai loại vải gần như không thay đổi sau khi cọ xát và giặt.

Sử dụng máy ảnh nhiệt, các nhà khoa học đã xác định cổ tay, lòng bàn tay và cánh tay của các tình nguyện viên tỏa nhiều nhiệt nhất. Do đó, nhóm nghiên cứu đã sản xuất các dải vải nhiệt điện co giãn để đeo ở những vị trí này. Mặt ngoài tiếp xúc với không khí của các dải vải nhiệt được cách nhiệt với nhiệt độ cơ thể bằng độ dày của sợi vải, trong khi chỉ có mặt không tráng của lớp tiếp xúc với da giảm nguy cơ phản ứng dị ứng với PEDOT-CI.

Các nhà nghiên cứu cũng lưu ý mồ hôi làm tăng đáng kể khả năng sản sinh nhiệt điện của băng tay co giãn vì bông ẩm được biết đến là chất dẫn nhiệt tốt hơn vải khô. Các nhà khoa học cũng có thể làm ngừng truyền nhiệt theo ý muốn bằng cách gắn một lớp nhựa phản xạ nhiệt giữa da và dải băng của người đeo.

N.P.D (NASATI), theo https://phys.org/news/2019-01-m vật liệu-nhà hóa học-body-power-smart.html#jCp,