El tejido diseñado por los ingenieros de Stanford. Imagen: L. A. Cicero. Fuente: Universidad Stanford.
A principios de año, investigadores de la Universidad Cornell (Nueva York, EE.UU.) presentaron una ropa inteligente que puede adaptar sus propiedades térmicas para adaptarse al entorno y al cuerpo del usuario.
Ahora, ingenieros de la Universidad Stanford (California) han desarrollado un material textil de bajo coste, a base de plástico, que, utilizado en la ropa, puede enfriar el cuerpo de forma mucho más eficiente que con los tejidos naturales o sintéticos que usamos en la ropa hoy en día.
En un artículo publicado en Science, los investigadores sugieren que esta nueva familia de tejidos podría convertirse en la base para prendas que mantengan a la gente fresca en climas cálidos sin aire acondicionado.
"Si se puede enfriar a la persona en lugar de al edificio en el que trabaja o vive, que se ahorrará energía", dice Yi Cui, profesor asociado de ciencias e ingeniería de los materiales en Stanford y de ciencia fotónica en el SLAC National Accelerator Laboratory.
Este nuevo material funciona permitiendo que el cuerpo libere calor de dos maneras que hacen que el usuario se sienta cerca de 4 grados centígrados más frío que si llevara ropa de algodón.
Radiación infrarroja
El material se enfría dejando que se evapore el sudor a través del material, algo que las telas ordinarias ya hacen. Pero el material de Stanford proporciona un segundo y "revolucionario" mecanismo de refrigeración: permite que el calor que el cuerpo emite como radiación infrarroja pase a través del textil plástico.
Todos los objetos, incluidos nuestros cuerpos, lanzan calor en forma de radiación infrarroja, una longitud de onda invisible y benigna de luz. Las mantas nos calientan al atrapar las emisiones infrarrojas de calor cerca del cuerpo. Esta radiación térmica que escapa de nuestro cuerpo es lo que nos hace visibles en la oscuridad a través de las gafas de visión nocturna.
"Del 40 al 60 por ciento de nuestro calor corporal se disipa en forma de radiación infrarroja cuando estamos sentados en una oficina", dice Shanhui Fan, profesor de ingeniería eléctrica especializado en fotónica, en la información de Stanford. "Pero hasta ahora no ha habido poca o ninguna investigación sobre el diseño de las características de radiación térmica de los tejidos".
Para desarrollar su tejido refrigerante, los investigadores de Stanford mezclaron nanotecnología, fotónica y química para dar al polietileno -el plástico transparente y pegajoso que utilizamos como envoltorio de cocina- una serie de características deseables en un material de ropa: Permite que la radiación térmica, el aire y el vapor de agua lo atraviesen, y es opaco a la luz visible.
El atributo más fácil era permitir que la radiación infrarroja pase a través del material, ya que esta es una característica de los envoltorios alimentarios de polietileno ordinarios.
Por supuesto, el plástico de cocina es impermeable al agua y es transparente, así, lo que lo hace inútil como ropa. Los investigadores de Stanford abordaron estas deficiencias de una en una.
En primer lugar, encontraron una variante de polietileno usada habitualmente en la fabricación de baterías que tiene una nanoestructura específica que es opaca a la luz visible, pero es transparente a la radiación infrarroja, lo que podría dejar escapar el calor del cuerpo. Esto proporcionó un material de base que era opaco a la luz visible pero térmicamente transparente a efectos de eficiencia energética.
A continuación, modificaron el polietileno industrial tratándolo con productos químicos benignos para permitir que las moléculas de vapor de agua se evaporaran a través de nanoporos del plástico, dice el miembro del equipo Po-Chun Hsu, lo que permite que el plástico respire como una fibra natural.
Ahora, ingenieros de la Universidad Stanford (California) han desarrollado un material textil de bajo coste, a base de plástico, que, utilizado en la ropa, puede enfriar el cuerpo de forma mucho más eficiente que con los tejidos naturales o sintéticos que usamos en la ropa hoy en día.
En un artículo publicado en Science, los investigadores sugieren que esta nueva familia de tejidos podría convertirse en la base para prendas que mantengan a la gente fresca en climas cálidos sin aire acondicionado.
"Si se puede enfriar a la persona en lugar de al edificio en el que trabaja o vive, que se ahorrará energía", dice Yi Cui, profesor asociado de ciencias e ingeniería de los materiales en Stanford y de ciencia fotónica en el SLAC National Accelerator Laboratory.
Este nuevo material funciona permitiendo que el cuerpo libere calor de dos maneras que hacen que el usuario se sienta cerca de 4 grados centígrados más frío que si llevara ropa de algodón.
Radiación infrarroja
El material se enfría dejando que se evapore el sudor a través del material, algo que las telas ordinarias ya hacen. Pero el material de Stanford proporciona un segundo y "revolucionario" mecanismo de refrigeración: permite que el calor que el cuerpo emite como radiación infrarroja pase a través del textil plástico.
Todos los objetos, incluidos nuestros cuerpos, lanzan calor en forma de radiación infrarroja, una longitud de onda invisible y benigna de luz. Las mantas nos calientan al atrapar las emisiones infrarrojas de calor cerca del cuerpo. Esta radiación térmica que escapa de nuestro cuerpo es lo que nos hace visibles en la oscuridad a través de las gafas de visión nocturna.
"Del 40 al 60 por ciento de nuestro calor corporal se disipa en forma de radiación infrarroja cuando estamos sentados en una oficina", dice Shanhui Fan, profesor de ingeniería eléctrica especializado en fotónica, en la información de Stanford. "Pero hasta ahora no ha habido poca o ninguna investigación sobre el diseño de las características de radiación térmica de los tejidos".
Para desarrollar su tejido refrigerante, los investigadores de Stanford mezclaron nanotecnología, fotónica y química para dar al polietileno -el plástico transparente y pegajoso que utilizamos como envoltorio de cocina- una serie de características deseables en un material de ropa: Permite que la radiación térmica, el aire y el vapor de agua lo atraviesen, y es opaco a la luz visible.
El atributo más fácil era permitir que la radiación infrarroja pase a través del material, ya que esta es una característica de los envoltorios alimentarios de polietileno ordinarios.
Por supuesto, el plástico de cocina es impermeable al agua y es transparente, así, lo que lo hace inútil como ropa. Los investigadores de Stanford abordaron estas deficiencias de una en una.
En primer lugar, encontraron una variante de polietileno usada habitualmente en la fabricación de baterías que tiene una nanoestructura específica que es opaca a la luz visible, pero es transparente a la radiación infrarroja, lo que podría dejar escapar el calor del cuerpo. Esto proporcionó un material de base que era opaco a la luz visible pero térmicamente transparente a efectos de eficiencia energética.
A continuación, modificaron el polietileno industrial tratándolo con productos químicos benignos para permitir que las moléculas de vapor de agua se evaporaran a través de nanoporos del plástico, dice el miembro del equipo Po-Chun Hsu, lo que permite que el plástico respire como una fibra natural.
Confección
Ese éxito le dio a los investigadores un material que reunía sus tres criterios básicos para una tela refrigerante. Para hacer este material delgado más similar a la tela, crearon una versión de tres capas: dos láminas de polietileno tratado separadas por una malla de algodón para darle resistencia y espesor.
Para probar el potencial de enfriamiento de sus tres capas frente a una tela de algodón de espesor comparable, colocaron una pequeña muestra de cada material en una superficie tan caliente como la piel desnuda y midieron la cantidad de calor atrapado por cada material.
"Llevar cualquier cosa atrapa algo de calor y hace que la piel esté más caliente", dice Fan. "Si disipar la radiación térmica fuera nuestra única preocupación, entonces sería mejor no llevar nada."
La comparación mostró que el tejido de algodón hizo que la superficie de la piel estuviera 2 grados centígrados más caliente que con el tejido refrigerante. Los investigadores dijeron que esta diferencia significa que una persona vestida con su nuevo material podría sentirse menos inclinada a encender un ventilador o el aire acondicionado.
Los investigadores continúan su trabajo en varios frentes, incluida la adición de más colores, texturas y características de tejidos a su material. La adaptación de un material ya producido en masa para la industria de las baterías podría hacer que sea más fácil crear el producto.
"Si se quiere hacer un tejido, hay que poder hacer grandes volúmenes a bajo coste", dice Cui.
Fan cree que esta investigación abre nuevas vías de investigación para enfriar o calentar cosas, de forma pasiva, sin el uso de energía exterior, ajustando los materiales para que disipen o atrapen radiación infrarroja.
"En retrospectiva, parte de lo que hemos hecho parece muy simple, pero es porque poca gente ha investigado realmente la ingeniería de las características de radiación de los tejidos", dice.
Ese éxito le dio a los investigadores un material que reunía sus tres criterios básicos para una tela refrigerante. Para hacer este material delgado más similar a la tela, crearon una versión de tres capas: dos láminas de polietileno tratado separadas por una malla de algodón para darle resistencia y espesor.
Para probar el potencial de enfriamiento de sus tres capas frente a una tela de algodón de espesor comparable, colocaron una pequeña muestra de cada material en una superficie tan caliente como la piel desnuda y midieron la cantidad de calor atrapado por cada material.
"Llevar cualquier cosa atrapa algo de calor y hace que la piel esté más caliente", dice Fan. "Si disipar la radiación térmica fuera nuestra única preocupación, entonces sería mejor no llevar nada."
La comparación mostró que el tejido de algodón hizo que la superficie de la piel estuviera 2 grados centígrados más caliente que con el tejido refrigerante. Los investigadores dijeron que esta diferencia significa que una persona vestida con su nuevo material podría sentirse menos inclinada a encender un ventilador o el aire acondicionado.
Los investigadores continúan su trabajo en varios frentes, incluida la adición de más colores, texturas y características de tejidos a su material. La adaptación de un material ya producido en masa para la industria de las baterías podría hacer que sea más fácil crear el producto.
"Si se quiere hacer un tejido, hay que poder hacer grandes volúmenes a bajo coste", dice Cui.
Fan cree que esta investigación abre nuevas vías de investigación para enfriar o calentar cosas, de forma pasiva, sin el uso de energía exterior, ajustando los materiales para que disipen o atrapen radiación infrarroja.
"En retrospectiva, parte de lo que hemos hecho parece muy simple, pero es porque poca gente ha investigado realmente la ingeniería de las características de radiación de los tejidos", dice.
Referencia bibliográfica:
P.-C. Hsu, A. Y. Song, P. B. Catrysse, C. Liu, Y. Peng, J. Xie, S. Fan, Y. Cui: Radiative human body cooling by nanoporous polyethylene textile. Science (2016). DOI: 10.1126/science.aaf5471.
P.-C. Hsu, A. Y. Song, P. B. Catrysse, C. Liu, Y. Peng, J. Xie, S. Fan, Y. Cui: Radiative human body cooling by nanoporous polyethylene textile. Science (2016). DOI: 10.1126/science.aaf5471.