Los ingenieros mecánicos y científicos de materiales de la Universidad de Virginia, en colaboración con los científicos de materiales de Penn State, la Universidad de Maryland y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, han inventado un "efecto de cambio" para la conductividad térmica y las propiedades mecánicas que se pueden incorporaren la fabricación de materiales, incluidos textiles y prendas de vestir.
Utilizando principios de transporte de calor combinados con un biopolímero inspirado en dientes de calamar, el equipo estudió un material que puede regular dinámicamente sus propiedades térmicas, cambiando de un lado a otro entre aislamiento y enfriamiento, en función de la cantidad de agua presente.
La invención es muy prometedora para todo tipo de dispositivos y materiales nuevos con la capacidad de regular la temperatura y el flujo de calor a demanda, incluidos los tejidos "inteligentes".
"El efecto de cambio de la conductividad térmica sería ideal para muchas aplicaciones, incluido el atletismo", dijo John Tomko, candidato a doctorado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la UVA y autor principal de un artículo sobre la invención publicado esta semanaen Nanotecnología de la naturaleza . "Este material tiene el potencial de revolucionar el desgaste activo, liberando la posibilidad de ropa que pueda responder dinámicamente al calor corporal y regular la temperatura. Por ejemplo, el biopolímero tiene una baja conductividad térmica mientras está seco, esencialmente almacenando el calor corporal y manteniendo elEl atleta ¡y sus músculos! se calientan mientras no está activo. Tan pronto como el usuario comienza a sudar, el material puede hidratarse y aumentar instantáneamente su conductividad térmica, permitiendo que el calor de este cuerpo escape a través del material y enfríe al atleta.Cuando la persona termina de entrenar y el sudor se ha evaporado, el material puede volver a un estado aislante y mantener al usuario caliente nuevamente.
"Y si bien puede sonar altamente especializado y solo para atletas profesionales, sería igualmente útil desde la perspectiva de una empresa de indumentaria", dijo Tomko, cuya investigación se lleva a cabo como parte del Grupo ExSite dirigido por el Profesor Patrick Hopkins de los departamentos de UVAde Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, Ciencia e Ingeniería de Materiales y Física.
Las prendas hechas con esta tecnología estarían un paso por encima de lo que está disponible en el mercado hoy en día debido a la amplia gama de capacidades técnicas de los materiales. Por ejemplo, el vellón polar generalmente requiere diferentes pesos para acomodar diferentes combinaciones de temperaturas y niveles de actividadEl nuevo material podría acomodar toda la gama de escenarios deportivos dentro de una prenda. El paño grueso y suave se considera transpirable, un estado pasivo, pero el material biopolímero conduciría activamente el calor fuera de la prenda.
"Si bien la realización de tejidos térmicos y mecánicamente inteligentes es un avance importante de este trabajo, la capacidad de proporcionar una modificación tan grande y reversible en la conductividad térmica de un material 'a pedido' tiene aplicaciones potenciales que cambian el juego", dijo Hopkins,El asesor de doctorado de Tomko y co-líder en este esfuerzo de investigación con el profesor Melik Demirel en Penn State. "La conductividad térmica de los materiales generalmente se supone que es una propiedad estática e intrínseca de un material. Lo que hemos demostrado es que usted puede'cambie' la conductividad térmica de un material de una manera similar a la que enciende y apaga una bombilla a través de un interruptor en la pared, solo que en lugar de usar electricidad, podemos usar agua para crear este interruptor. Esto permitirá una dinámicay formas controlables para regular la temperatura y / o el flujo de calor de materiales y dispositivos.
"La magnitud de esta relación de conductividad térmica de encendido / apagado es lo suficientemente grande donde ahora podemos imaginar aplicaciones que incluyen no solo telas inteligentes, sino también un reciclaje más eficiente del calor desperdiciado para crear electricidad, fabricar dispositivos eléctricos de regulación auto-térmica o crearnuevas vías para la producción de energía eólica e hidráulica "
El proceso de creación de materiales "programables" podría ser una buena noticia para los fabricantes y el medio ambiente. Por lo general, las empresas textiles tienen que depender de diferentes tipos de fibras y diferentes procesos de fabricación para crear prendas con atributos variables, pero el aspecto ajustable de estos materiales significaque los atributos de aislamiento y enfriamiento se pueden crear a partir del mismo proceso. Esto podría conducir a costos de fabricación más bajos y emisiones de carbono reducidas.
Los dientes de anillo de calamar, que hacen posible los materiales programables, son una nueva vía inspiradora de investigación científica descubierta por primera vez en Penn State. Estos biomateriales contienen propiedades únicas como la fuerza, la autocuración y la biocompatibilidad, lo que los hace excepcionalmente adecuados para la programación a nivel molecularnivel, en este caso para la regulación térmica. Estas son más buenas noticias para el medio ambiente, ya que pueden extraerse de las ventosas de los calamares o pueden producirse sintéticamente mediante fermentación industrial, ambos recursos sostenibles.
Los colaboradores de Tomko y Hopkins en la investigación son Abdon Pena-Francesch, ex estudiante de doctorado en Penn State y ahora miembro de von Humboldt en el Instituto Max Planck en Stuttgart, Alemania; Huihun Jung, candidato a doctorado en ciencias de la ingenieríay mecánica en Penn State; Madhusudan Tyagi, investigador de la Universidad de Maryland y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología; Benjamin D. Allen, profesor asistente de investigación de bioquímica y biología molecular en Penn State; y Demirel, profesor de ingeniería y mecánica.y director del Centro de Investigación de Tecnologías Avanzadas de Fibra en Penn State.
"¡La belleza y el poder único de la dispersión de neutrones nos ayudaron a resolver el enigma de cómo las unidades de repetición en tándem realmente influyen en la conductividad térmica observada en las muestras hidratadas, ya que el agua pesada simplemente se vuelve 'invisible' para los neutrones! Descubrimos que el aumento y la 'alteración"La dinámica de los filamentos amorfos fue, en realidad, responsable de este aumento de la conductividad térmica en las muestras hidratadas", dijo Tyagi de la Universidad de Maryland. "Creo que esta investigación va a cambiar la forma en que estudiamos las propiedades térmicas de la materia blanda, particularmente proteínas y polímeros,usar neutrones como materia condensada típicamente dura es donde se realiza la mayor parte del trabajo a este respecto "
Tomko y otros investigadores de Ingeniería de UVA, junto con estudiantes graduados de la Escuela de Negocios Darden de UVA, ganaron el primer lugar en una competencia de la compañía de ropa al aire libre de la Patagonia esta primavera para determinar las mejores ideas para lograr la neutralidad de carbono. La producción de materias primas es responsable de aproximadamente 80Porcentaje de las emisiones totales de carbono de la Patagonia, atribuidas en gran parte a la producción de telas de poliéster derivadas de combustibles fósiles. El equipo de la UVA propuso que la empresa haga la transición a textiles de biopolímeros, que pueden ser diseñados exclusivamente a partir de recursos renovables. Los nuevos materiales se verían y funcionarían mejor quealternativas de poliéster y lana sin depender de combustibles fósiles.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Virginia . Original escrito por Wende Hope. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :