Engenheiros tecem tecido avançado que pode resfriar e aquecer o usuário

11 de outubro de 2022

pela Universidade de Shinshu

Engenheiros têxteis desenvolveram um tecido feito de nanofios ultrafinos feitos em parte de materiais de mudança de fase e outras substâncias avançadas que se combinam para produzir um tecido que pode responder a mudanças de temperatura para aquecer e resfriar seu usuário, dependendo da necessidade .

Cientistas de materiais projetaram um tecido avançado com fios em nanoescala contendo em seu núcleo um material de mudança de fase que pode armazenar e liberar grandes quantidades de calor quando o material muda de fase de líquido para sólido. Combinando os fios com revestimentos eletrotérmicos e fototérmicos que aumentam o efeito, eles desenvolveram, em essência, um tecido que pode resfriar rapidamente o usuário e aquecê-lo conforme as condições mudam.

Um artigo descrevendo a técnica de fabricação apareceu na ACS Nano em 10 de agosto.

Muitas ocupações, de bombeiros a trabalhadores rurais, envolvem ambientes frios ou quentes. Armazenamento a frio, pistas de gelo, forjas de aço, padarias e muitos outros locais de trabalho exigem que os trabalhadores façam transições frequentes entre temperaturas diferentes e às vezes extremas. Essas mudanças regulares de temperatura não são apenas desconfortáveis, mas podem causar doenças ou até lesões, e exigem uma mudança constante e incômoda de roupas. Um suéter manterá um trabalhador aquecido em um frigorífico, mas pode superaquecer o mesmo trabalhador quando ele sair desse espaço.

Uma opção para aliviar o estresse causado pelo calor ou pelo frio de tais trabalhadores, ou qualquer outra pessoa, de atletas a viajantes, que experimentam tal desconforto, é a tecnologia emergente de tecidos pessoais de gerenciamento térmico. Esses tecidos podem gerenciar diretamente a temperatura de áreas localizadas ao redor do corpo.

Esses tecidos geralmente usam materiais de mudança de fase (PCMs) que podem armazenar e liberar grandes quantidades de calor quando o material muda de fase (ou estado da matéria, por exemplo, de sólido para líquido).

Um desses materiais é a parafina, que pode, em princípio, ser incorporada a um material têxtil de diferentes maneiras. Quando a temperatura do ambiente ao redor da parafina atinge seu ponto de fusão, seu estado físico muda de sólido para líquido, o que envolve uma absorção de calor. Em seguida, o calor é liberado quando a temperatura atinge o ponto de congelamento da parafina.

Infelizmente, a rigidez inerentemente sólida dos PCMs em sua forma sólida e vazamento quando líquido até agora impediu sua aplicação no campo de regulação térmica vestível. Várias estratégias diferentes, incluindo a microencapsulação (na qual o PCM, como a parafina, é revestida em cápsulas extremamente pequenas), foram tentadas para melhorar a "eficiência da embalagem" para superar os problemas de rigidez e vazamento.

"O problema aqui é que os métodos de fabricação de microcápsulas de mudança de fase são complexos e muito caros", disse Hideaki Morikawa, autor correspondente do artigo e engenheiro têxtil avançado do Instituto de Engenharia de Fibras da Universidade de Shinshu. "Pior ainda, esta opção oferece flexibilidade insuficiente para qualquer aplicação vestível realista."

Assim, os pesquisadores se voltaram para uma opção chamada eletrofiação coaxial. Eletrofiação é um método de fabricação de fibras extremamente finas com diâmetros da ordem de nanômetros. Quando uma solução de polímero contida em um reservatório a granel, geralmente uma seringa com uma agulha na ponta, é conectada a uma fonte de energia de alta voltagem, a carga elétrica se acumula na superfície do líquido.

Logo é alcançado um ponto onde a repulsão eletrostática da carga acumulada é maior que a tensão superficial e isso resulta em um jato extremamente fino do líquido. À medida que o jato de líquido seca em vôo, ele é alongado ainda mais pela mesma repulsão eletrostática que deu origem ao jato, e a fibra ultrafina resultante é então coletada em um tambor.