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(Noticias de Nanowerk) Los científicos de materiales han desarrollado un tejido avanzado utilizando hilos a nanoescala que contienen un material de cambio de fase en su núcleo que puede almacenar y liberar grandes cantidades de calor cuando el material cambia de estado de líquido a sólido. Al combinar los hilos con revestimientos electrotérmicos y fototérmicos que mejoran el efecto, han desarrollado esencialmente un tejido que puede enfriar y calentar rápidamente al usuario cuando cambian las condiciones.
Apareció un artículo en la revista describiendo la técnica de fabricación. ACS nano («Una membrana trimodal fibrosa flexible termorreguladora diseñada con una estructura fibrosa de núcleo-vaina jerárquica para la gestión térmica personal portátil»).
Muchos trabajos, desde bomberos hasta trabajadores agrícolas, implican entornos duros, calientes o fríos. Las cámaras frigoríficas, las pistas de patinaje sobre hielo, las forjas de acero, las panaderías y muchos otros lugares de construcción requieren cambios frecuentes entre temperaturas diferentes y, a veces, extremas. Tales cambios regulares de temperatura no solo son incómodos, sino que también pueden causar enfermedades o incluso lesiones y requieren un laborioso cambio constante de ropa. Un suéter mantendrá caliente a un trabajador en una cámara frigorífica, pero podría sobrecalentar al mismo trabajador cuando salga de esa habitación.
Una forma de aliviar el estrés por calor o frío de tales trabajadores, o cualquier otra persona, desde atletas hasta viajeros que experimenten tal incomodidad, es la tecnología emergente de textiles de gestión térmica personal. Estas sustancias pueden controlar directamente la temperatura de áreas localizadas alrededor del cuerpo.
Tales telas a menudo usan materiales de cambio de fase (PCM), que almacenan grandes cantidades de calor y luego pueden liberarlo cuando el material cambia de fase (o estado de la materia, por ejemplo, de sólido a líquido).
Uno de estos materiales es la parafina, que en principio se puede incorporar a un material textil de diferentes formas. Cuando la temperatura del ambiente alrededor de la parafina alcanza su punto de fusión, su estado físico cambia de sólido a líquido, lo que implica la absorción de calor. Luego se libera calor cuando la temperatura alcanza el punto de congelación de la parafina.
Desafortunadamente, la rigidez inherente de los PCM en su forma sólida y las fugas en su estado líquido han dificultado su aplicación en el campo de la gestión térmica portátil. Se han intentado varias estrategias diferentes, incluida la microencapsulación (en la que el PCM se carga en cápsulas extremadamente pequeñas como la parafina) para mejorar la «eficiencia del envasado» y superar los problemas de rigidez y fugas.
«El problema aquí fue que los métodos de fabricación para las microcápsulas de cambio de fase son complejos y muy costosos», dijo Hideaki Morikawa, autor correspondiente del artículo e ingeniero textil avanzado en el Instituto de Ingeniería de Fibras de la Universidad de Shinshu. «Peor aún, esta opción no brinda suficiente flexibilidad para aplicaciones portátiles realistas».
Por lo tanto, los investigadores recurrieron a una opción llamada electrohilado coaxial. El electrohilado es un proceso para producir fibras extremadamente finas con diámetros del orden de nanómetros. Cuando una solución de polímero contenida en un recipiente a granel, normalmente una jeringa equipada con una aguja, se conecta a una fuente de alimentación de alto voltaje, la carga eléctrica se acumula en la superficie del líquido. Pronto se alcanza un punto en el que la repulsión electrostática de la carga acumulada es mayor que la tensión superficial y esto da como resultado un chorro de líquido extremadamente fino. A medida que el chorro de líquido se seca durante el vuelo, se alarga aún más por la misma repulsión electrostática que dio lugar al chorro, y las fibras ultrafinas resultantes se recogen en un tambor.
El electrohilado coaxial es similar, pero involucra dos o más soluciones de polímero alimentadas desde hileras adyacentes, lo que permite la producción de nanofibras recubiertas o huecas. Estas fibras revestidas de núcleo tienen una estructura similar al cable coaxial que puede usar para su estéreo, pero son mucho, mucho más pequeñas.
En este caso, los investigadores encapsularon el PCM en el centro de la nanofibra electrohilada para resolver el problema de la fuga de PCM. Las fibras ultrafinas también permiten una flexibilidad extremadamente favorable que es apropiada para la ropa humana.
Para ampliar aún más la gama de entornos de trabajo en los que se desempeñaría el textil y la precisión de la termorregulación, los investigadores combinaron el material PCM con otras dos tecnologías de termorregulación personal.
La combinación de materiales fotosensibles, es decir, aquellos que reaccionan a la presencia de energía solar, con PCM puede ofrecer la oportunidad de aumentar aún más la capacidad de almacenamiento de energía del textil. Además, recubrir el compuesto con polímeros que convierten la electricidad en calor (un recubrimiento electrotérmicamente conductor) puede compensar una expansión similar en el almacenamiento de energía si el trabajador se encuentra en ambientes nublados, lluviosos o en interiores.
Los investigadores combinaron las tres opciones (PCM, nanotubos de carbono y absorbentes solares de polidopamina, y poli(3,4-etilendioxitiofeno):poliestireno sulfonato (conocido como «PEDOT:PSS») eléctricamente conductores, en un único termorregulador «trimodo» y tejido portátil. .
Esta estructura multinúcleo y de carcasa permite la colaboración sinérgica entre los diversos componentes, lo que brinda una regulación térmica bajo demanda que puede adaptarse a una amplia gama de cambios de temperatura ambiente.
Los investigadores ahora quieren mejorar aún más las propiedades de transición de fase del tejido y desarrollar aplicaciones prácticas y portátiles para su material.
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