Bärbar elektronik kan ständigt drivas av stretchig, självreparerande material som använder kroppsvärme för att generera el. Tre noggrant kurerade organiska föreningar har kombinerats för att utveckla en prototyp termoelektriskt material som är både stretchigt och självläkande, kan producera sin egen el, och är tillräckligt robust för att klara påfrestningar och påfrestningar i det dagliga livet.

Sensorer som bärs på huden eller som implantat är ett allt mer populärt sätt att samla in biologisk data för personliga och medicinska ändamål. De kan övervaka värdefulla markörer för människors hälsa, som puls, blodtryck, hjärnaktivitet, muskelrörelse, förbrända kalorier och utsläpp av vissa kemikalier. Det slutliga målet är självdriven bärbar teknik, men dessa kommer att kräva en pålitlig och hållbar elkälla.

Termoelektriska material använder temperaturgradienter för att generera elektricitet. De har potential att driva bärbar teknik med hjälp av kroppsvärme, eliminerar behovet av batterier, men nuvarande material saknar flexibilitet, styrka och motståndskraft för att undvika att bli permanent skadad.

Ett team som leds av Derya Baran och Seyoung Kee på KAUST har blandat den mycket ledande termoelektriska polymeren PETOT:PSS (poly (3, 4-etylendioxietiofen) dopad med polystyrensulfonat), med dimetylsulfoxid, en organisk förening som ökar prestandan hos PETOT:PSS, och Triton X-100, en kladdig, gelliknande medel som uppmuntrar vätebindning med PETOT:PSS. "Denna sista ingrediens var avgörande för att ge de stretchiga och självläkande egenskaper vi behövde, säger Kee.

Forskarna använde en 3D-skrivare för att lägga sin blandning i tjocka lager och testade sedan dessa filmers termoelektriska prestanda under press. Först, de fann att en temperaturskillnad på 32 grader Celsius mellan filmens två sidor genererade maximal effekt på 12,2 nanowatt.

Teamet testade sedan filmernas självläkande beteende genom att skära dem på mitten med ett rakblad medan de drev ett LED-ljus. "Otroligt, ljuset slocknade inte under eller efter skärning, "säger Kee." Jag upprepade nedskärningen tio gånger, men det fortsatte att självläka på mindre än en sekund och behöll 85 procent av sin effekt. "Dessutom, när de sträckte filmen till ungefär en tredjedel längre än originalstorleken, det gav fortfarande en stabil strömförsörjning.

"Bärbar elektronik är under kontinuerlig belastning, och deras strömförsörjning är benägen att gå sönder, "säger Kee." Vårt material kan ge konstant och pålitlig kraft eftersom det kan deformeras, sträcka, och viktigast av allt, läka sig själv. "

Tolv nanowatt är inte tillräckligt för att driva många enheter, förutom kanske mycket effektiva biosensorer och sändare, men det är en lovande start. "Vi har visat att sådana material enkelt kan tillverkas med 3D-utskrift, som är en mycket populär och praktisk teknik "säger Kee." Därefter, vi måste hitta material med ännu bättre termoelektriska egenskaper så att vi kan generera större kraft inom en snar framtid. "