Un nuevo tejido de doble capa inspirado en la piel negra y el pelaje blanco de los osos polares utiliza el calor irradiado por el sol y la iluminación interior para atrapar y mantener el calor. El tejido podría usarse para fabricar textiles de "clima personal" que pesan un 30% menos que el algodón para un área determinada y mantienen a los usuarios calientes a temperaturas 10°C más frías.
Aunque las tecnologías de los tejidos han avanzado significativamente en los últimos años, todavía falta un tejido verdaderamente termorregulador. El nuevo material, creado por investigadores del Universidad de Massachusetts Amherst en los EE. UU., soluciona en parte esta brecha combinando una capa externa que transmite luz visible con una capa base que la absorbe mientras refleja la luz en frecuencias infrarrojas.
"La capa exterior recibe luz del Sol y luego transmite esta luz a la capa base", explica el líder del equipo. Trisha L Andrews, químico y experto en electrónica portátil de Amherst. “Esto es muy parecido a cómo el pelaje de un oso polar, que es esencialmente una fibra óptica natural, conduce la luz del sol hasta la piel de los osos. La piel absorbe la luz, calentando al oso”.
Efecto invernadero en el cuerpo
Los osos polares desarrollaron su combinación de piel oscura y cabello blanco para mantenerse calientes en su hábitat helado al reflejar, absorber o transmitir selectivamente la radiación a través de las partes visible e infrarroja del espectro electromagnético. Aunque los detalles precisos del mecanismo no están bien estudiados, los científicos creen que las características aislantes de baja densidad óptica (de color claro), como el pelaje blanco, ayudan a los osos polares a lograr una versión corporal del efecto invernadero.
De manera un tanto contraria a la intuición, este pelaje blanco transmite mucha más radiación a la piel del oso que el cabello más oscuro. De hecho, el "factor de utilización solar", una relación entre el calor utilizado y la ganancia total de calor solar, para los osos polares oscila entre el 10 % y el 50 %. Esta alta utilización se ve reforzada por la piel del oso polar, que es rica en melanina, un biopolímero denso formado por unidades conjugadas que tienen un alto índice de refracción y absorben luz en una amplia gama de longitudes de onda.
Superficies termorreguladoras similares también están presentes en otros animales, incluidas especies de polillas, mariposas y pájaros que se han adaptado a vivir en climas fríos pero soleados. Estas superficies absorben selectivamente la luz en la parte visible e infrarroja cercana del espectro (donde ocurre el calentamiento fototérmico), mientras la reflejan en el rango infrarrojo, donde los objetos irradian calor espontáneamente de acuerdo con la ley de Planck.
Algunos materiales artificiales también regulan el calor de esta manera, y los investigadores ya han fabricado revestimientos textiles a partir de materiales ópticos como MXene, nanotubos de carbono y nanocables de plata. Sin embargo, los tejidos resultantes no contenían una capa exterior de transmisión visible para evitar que el calor se perdiera en el entorno del usuario.
Una alternativa a los nanomateriales inorgánicos o de carbono
Al diseñar su nueva capa base, Andrew y sus colegas evitaron los nanomateriales inorgánicos o de carbono en favor del nailon recubierto con un polímero oscuro llamado poli(3,4-etilendioxitiofeno) o PEDOT. Este polímero es particularmente adecuado para la fabricación de textiles y tiene una alta densidad óptica sin dejar de ser ligero y flexible.
Para probar el nuevo tejido térmico, el equipo de Amherst utilizó simuladores solares y de piel. Estas mediciones mostraron que cuando el textil se expone a una intensidad de luz moderada de 130 W/m2, mantiene a quien lo lleva tan cálido como lo haría la tela de algodón, y a temperaturas 10 °C más frías, mientras pesa un 30 % menos.
El 'textil Janus' podría mantenerte abrigado y fresco
“Nuestro tejido de oso polar podría ser muy útil para gestionar la calefacción de espacios, que consume grandes cantidades de energía, de una manera más eficiente energéticamente, calentando a las personas en el interior utilizando la iluminación ambiental en lugar de la calefacción de la habitación”, dice Andrew. Mundo de la física.
"Al enfocar los recursos energéticos en el 'clima personal' alrededor del cuerpo, este enfoque podría ser mucho más sostenible que el statu quo", agrega el autor principal del estudio. wesley viola.
El equipo de Amherst ahora está explorando cómo lograr un enfriamiento radiativo en el cuerpo, que será vital a medida que el cambio climático aumenta las temperaturas y las olas de calor se vuelven más comunes incluso en las regiones templadas.
El nuevo textil térmico se describe en Materiales e interfaces aplicados ACS.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/polar-bear-fur-inspires-solar-thermal-textiles/
