Ingenieros japoneses han producido un tejido que puede responder a los cambios de temperatura para calentar o enfriar a su usuario según convenga.
El tejido avanzado está hecho con hilos a escala nanométrica que contienen en su núcleo un material de cambio de fase que puede almacenar y liberar grandes cantidades de calor cuando el material cambia de fase de líquido a sólido.
Combinando los hilos con revestimientos electrotérmicos y fototérmicos que mejoran el efecto, en esencia han desarrollado un tejido que puede enfriar rápidamente al usuario y calentarlo a medida que cambian las condiciones.
Un artículo que describe la técnica de fabricación se publicó en ACS Nano.
Muchas ocupaciones, desde bomberos hasta trabajadores agrícolas, implican entornos duros de calor o frío. Las cámaras frigoríficas, las pistas de patinaje sobre hielo, las forjas de acero, las panaderías y muchos otros lugares de trabajo requieren que los trabajadores hagan transiciones frecuentes entre temperaturas diferentes y, en ocasiones, extremas.
Tales cambios regulares de temperatura no solo son incómodos, sino que también pueden causar enfermedades o incluso lesiones, y requieren un engorroso cambio constante de ropa. Un suéter mantendrá caliente a un trabajador en un casillero de carne fría, pero podría sobrecalentar al mismo trabajador cuando salga de ese espacio.
Una opción para aliviar el estrés por calor o frío de esos trabajadores, o de cualquier otra persona, desde atletas hasta viajeros, que experimentan tal incomodidad, es la tecnología emergente de textiles de gestión térmica personal. Estos tejidos pueden controlar directamente la temperatura de áreas localizadas alrededor del cuerpo.
Tales telas a menudo utilizan materiales de cambio de fase (PCM) que pueden almacenar y luego liberar grandes cantidades de calor 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 maneras. Cuando la temperatura del ambiente que rodea a la parafina alcanza su punto de fusión, su estado físico cambia de sólido a líquido, lo que implica una absorción de calor. Luego se libera calor cuando la temperatura alcanza el punto de congelación de la parafina.
Desafortunadamente, la rigidez intrínsecamente sólida de los PCM en su forma sólida y las fugas cuando son líquidos ha impedido hasta ahora su aplicación en el campo de la regulación térmica portátil. Se han intentado varias estrategias diferentes, incluida la microencapsulación (en la que el PCM, como la parafina, se recubre en cápsulas extremadamente pequeñas), para mejorar la “eficiencia del envasado” para superar los problemas de rigidez y fugas.
“El problema aquí ha sido 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 del Instituto de Ingeniería de Fibras de la Universidad de Shinshu. “Peor aún, esta opción ofrece una flexibilidad insuficiente para cualquier aplicación portátil realista”.
Así que los investigadores recurrieron a una opción llamada electrohilado coaxial. El electrohilado es un método de fabricación de fibras extremadamente finas con diámetros del orden de nanómetros. Cuando una solución de polímero contenida en un depósito a granel, normalmente una jeringa con una aguja en la punta, 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 donde la repulsión electrostática de la carga acumulada es mayor que la tensión superficial y esto da como resultado un chorro extremadamente fino del líquido. 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 la fibra ultrafina resultante se recoge en un tambor.
El electrohilado coaxial es muy similar, pero involucra dos o más soluciones de polímero alimentadas desde hileras vecinas, lo que permite la producción de nanofibras recubiertas o huecas. Estas fibras de núcleo y cubierta tienen una estructura similar al cable coaxial que se podría usar en el 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. Además de esto, las fibras ultrafinas permiten una flexibilidad extremadamente favorable apropiada para la ropa humana.
Para ampliar aún más la gama de entornos de trabajo en los que funcionaría el textil y la precisión de la regulación térmica, los investigadores combinaron el material PCM con otras dos tecnologías de regulación térmica personal.
La combinación de materiales fotosensibles (aquellos que reaccionan a la presencia de energía solar) con PCM ofrece potencialmente la posibilidad de aumentar aún más la capacidad de almacenamiento de energía del textil. Además, recubrir el material compuesto con polímeros que convierten la electricidad en calor (un recubrimiento conductor electrotérmico) puede compensar una expansión similar del almacenamiento de energía en caso de que el trabajador se encuentre en condiciones nubladas, lluviosas o bajo techo.