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Jun 23, 2023

Energía

Un nuevo tejido termorregulador mantiene cómodos a sus usuarios con una cantidad mínima de energía gracias a un polímero conductor que se puede modificar para ajustar la cantidad de radiación infrarroja que emite.

Un nuevo tejido termorregulador mantiene a sus usuarios cómodos con una cantidad mínima de energía gracias a un polímero conductor que se puede modificar para ajustar la cantidad de radiación infrarroja que emite. Según los desarrolladores del textil en la Universidad de Chicago, la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad de Duke (todas en EE. UU.), el nuevo "dispositivo portátil de emisión variable", o WeaVE, podría usarse para fabricar tejidos inteligentes de gestión térmica de próxima generación. .

Muchos animales son buenos manipulando la radiación infrarroja (IR) para calentarse y enfriarse. Las hormigas plateadas del Sahara, por ejemplo, disipan el exceso de calor gracias a los pelos triangulares de sus cuerpos que reflejan diferentes cantidades de rayos infrarrojos cercanos según la posición del sol. El cuerpo humano, por el contrario, absorbe y pierde calor principalmente a través de radiación IR con una longitud de onda de 10 micras, y nuestra piel no es capaz de controlar este rango de longitud de onda en tiempo real para ayudarnos a regular la temperatura corporal. Por eso, los investigadores están desarrollando textiles que puedan hacer esto por nosotros.

El nuevo dispositivo WeaVE consta de tres capas: una capa activa hecha de un polímero conductor llamado polianilina (PANI); nailon metalizado; y un electrolito semisólido. Cuando se aplica un pequeño voltaje a esta estructura en capas, el material activo cambia entre un estado dieléctrico transmisivo y un estado metálico con pérdidas. Cada estado tiene una emisividad diferente, por lo que al cambiar entre ellos, la cantidad de radiación térmica que emite la tela se puede ajustar para que emita calor (enfriamiento) o proteja el calor (calefacción).

"El tejido puede así mantener cómodo al usuario ajustando la cantidad de calor corporal que se retiene y la cantidad que se irradia", explica Po-Chun Hsu de Chicago, quien dirigió el equipo de desarrollo junto con Jie Yin de NC State. “De esta forma, el usuario sentiría la misma temperatura de la piel independientemente de la temperatura exterior”.

Una ventaja importante del WeaVE es que el ajuste electroquímico utilizado para modificar su transporte de calor radiativo requiere sólo una pequeña cantidad de energía. Este tipo de termorregulación se denomina "adaptativa", lo que significa que se basa en modular el coeficiente de transferencia de calor del material y utiliza mucha menos energía que las tecnologías "activas" que utilizan calor eléctrico o recirculación de agua para generar o bombear energía térmica. Como resultado, la energía necesaria para mantener el equilibrio térmico es prácticamente nula. Una ventaja adicional es que el nailon metalizado de la tela está cortado en un patrón estilo kirigami, lo que le permite estirarse y moverse con el cuerpo del usuario preservando al mismo tiempo completamente las conexiones y la configuración de la celda electroquímica.

La flexibilidad y el bajo consumo de energía del WeaVE significan que podría emplearse en textiles y tejidos sostenibles de próxima generación que permitan a los usuarios adaptarse a sus entornos, dice Hsu. "Dado que el confort térmico es un concepto altamente individualizado y subjetivo, sería beneficioso si el efecto de enfriamiento/calentamiento se adaptara a cada uno en función de sus sensaciones y del entorno que lo rodea", le dice a Physics World. "También esperamos que este trabajo pueda inspirar futuras investigaciones tanto sobre la ciencia de los materiales de polímeros conductores como sobre la ingeniería de dispositivos personales de termorregulación portátiles e inteligentes".

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Los investigadores ahora están trabajando para demostrar otros materiales térmicos sintonizables electroquímicamente basados ​​en polímeros conductores. "Los estudios fundamentales de la física de los polímeros y la interacción luz-materia de los mecanismos electrocrómicos también son nuestro principal objetivo, lo que no sólo es científicamente interesante sino que puede llevarnos hacia polímeros de mayor rendimiento", dice Hsu.

Detallan su trabajo actual en PNAS Nexus.