El nuevo tejido enfría de forma pasiva todo lo revestido, incluido usted

El aumento de las temperaturas en todo el mundo podría crear un ciclo peligroso en el que más personas tengan aire acondicionado, lo que provocaría un aumento en la demanda de energía y generaría mayores emisiones de carbono, lo que provocaría que las temperaturas suban aún más. La energía renovable es una opción para romper el ciclo, pero también se han explorado materiales que permiten la llamada Refrigeración pasiva. Sin energía, estos materiales toman calor de todo lo que cubren y lo irradian al espacio.

La mayoría de estos esfuerzos son centrado en materiales de construcción, cuyo objetivo es crear techos que mantengan los edificios unos grados más fríos que el aire circundante. Pero ahora el equipo en China ha tomado los mismos principios y los ha aplicado a la tela, creando un chaleco que mantiene a sus usuarios unos 3 ºC más fríos de lo que estarían de otra manera.

Construido para enfriar

Siempre que algo sale a la luz del sol, absorbe algunos fotones que se convierten en calor. Este calor puede luego irradiarse de regreso a longitudes de onda infrarrojas. El problema es que esto no enfría mucho las cosas. Muchos gases en la atmósfera absorben inmediatamente la luz infrarroja y atrapan energía en forma de calor en las inmediaciones del objeto. Si el objeto es una persona, hay un problema adicional con su metabolismo, que también irradia infrarrojos al mismo tiempo.

El secreto del enfriamiento pasivo es la existencia de una ventana atmosférica. Este es el espectro infrarrojo que ninguno de los gases de la atmósfera puede absorber. Es probable que los fotones en esta región del espectro ingresen al espacio, permitiendo que el calor se elimine de manera efectiva y permanente.

El material de enfriamiento pasivo está diseñado para reflejar la mayor parte de la luz entrante, evitando que los fotones perdidos calienten el objeto que cubren. Al mismo tiempo, el material absorbe algo de calor en contacto con lo que cubre, ya sea directamente o a través del aire intermedio. Pero el material está diseñado para que este calor se irradie en el medio del infrarrojo, permitiendo que los fotones escapen de la ventana atmosférica.

Ningún material hace todo esto solo. Pero con nuestra creciente capacidad para construir múltiples materiales a pequeña escala, es posible encontrar combinaciones de materiales que funcionen. El resultado es un recubrimiento que enfría las cosas sin requerir más energía de la necesaria para fabricarlo e instalarlo.

Haz ropa ahora

La ropa aparentemente agrega algunas complicaciones a esta tarea. Primero deben ser flexibles y lavables. Y si el objetivo es mantener a alguien fresco, él o ella tiene que lidiar con el sistema de enfriamiento incorporado en el cuerpo: el sudor.

Para reflexionar sobre la ropa, los investigadores utilizaron polvo de dióxido de titanio, que es altamente reflectante y se usa a menudo para cambiar cosas como la pintura a blanco. Por supuesto, el polvo en sí no sería una buena ropa. Pero los investigadores tomaron las nanopartículas de dióxido de titanio y las incrustaron en las fibras de polímero seleccionando el tamaño de partícula basándose en modelos informáticos para maximizar la reflexión.

El polímero utilizado, el ácido láctico, se irradia en medio del infrarrojo, que es exactamente lo que se necesita para enviar fotones al espacio a través de una ventana atmosférica. Los investigadores también se enorgullecen de informar que el polímero es biodegradable, aunque me gustaría ver algunos datos a largo plazo sobre qué tan bien está funcionando después de pasar unos años contra una población bacteriana de la piel humana.

Este material está tejido de modo que haya poros lo suficientemente grandes para la ventilación. Luego se recubre con una capa delgada de otro polímero, politetrafluoroetileno. Tiene dos propósitos. El polímero refleja eficazmente la luz ultravioleta al tratar algunas longitudes de onda que el dióxido de titanio no hace. También es hidrófobo, lo que significa que repele el agua. Combínelo con un tamaño de poro cuidadosamente seleccionado y le dará transpirabilidad mientras mantiene las cosas impermeables.

Esta última característica se encarga del problema del sudor. A medida que el sudor se evapora de nuestra piel, pasa a la fase de vapor, por lo que pasa a través de los poros del material. Funciona incluso si el tejido rechaza el agua líquida debido a su naturaleza hidrófoba.

Haz todas las presentaciones

Los investigadores hicieron todo lo posible para someter su milagro a una serie de pruebas y demostraciones. Demostraron que la combinación transpirable / impermeable funcionaba usando un paño para sellar el fondo del tanque de agua y luego bombeando aire a través de él. (Curiosamente, la imagen de este documento muestra que pusieron peces en el agua … no estoy del todo seguro de qué). La tela también refleja más del 90 por ciento de la luz solar entrante.

También hicieron un gran rollo de tela y demostraron que puedes hacer las cosas que normalmente esperas hacer con la ropa, incluso bordarlas con patrones y enviarlas a la lavadora.

Críticamente, los investigadores demostraron que la tela controlaba el calor como se esperaba. Colocaron varias telas en una placa de cobre y las colocaron a la luz solar directa. Para que esta prueba reflejara el uso normal de la tela, también inyectaron la cantidad de calor que normalmente disipa el cuerpo humano (un poco inquietantemente, lo llamaron un “simulador de piel”). La tabla terminó 5 ° C más fría que el algodón y casi 7 ° C más fría que el spandex.

Como prueba final, los investigadores hicieron un chaleco medio cubierto con esta tela, lo sujetaron a otro estudiante y lo colocaron al sol. Al registrar la temperatura de una persona con una cámara infrarroja, encontraron que el lado cubierto por su material estructural era típicamente alrededor de 3 ºC más frío que no.

Este material tiene algunas limitaciones obvias, especialmente porque su teñido eliminaría inmediatamente gran parte de su función. Pero como alguien que sufre mucho por el calor del verano, estaría más que feliz de aceptar mi camisa “puedes tener el color que quieras siempre que sea blanca” si me mantiene unos grados más fresca. Entonces, aquí esperamos que no haya demasiadas barreras para la comercialización.

Science, 2021. DOI: 10.1126 / science.abi5484 (Sobre el DOI).