La 'película' de nanotecnología podría conducir a tejidos inteligentes de próxima generación, informan investigadores del NCSU
Fecha de publicación:RALEIGH – Una película hecha de diminutos nanotubos de carbono (CNT) puede ser un material clave en el desarrollo de prendas que puedan calentar o enfriar al usuario según sea necesario. Una nueva Universidad Estatal de Carolina del Norte estudiar descubre que la película CNT tiene una combinación de propiedades térmicas, eléctricas y físicas que la convierten en un candidato atractivo para los tejidos inteligentes de próxima generación.
Los investigadores también pudieron optimizar las propiedades térmicas y eléctricas del material, lo que le permitió conservar sus propiedades deseables incluso cuando se expone al aire durante muchas semanas. Además, estas propiedades se conseguían mediante procesos relativamente sencillos y que no requerían temperaturas excesivamente altas.
"Muchos investigadores están tratando de desarrollar un material que no sea tóxico y económico, pero que al mismo tiempo sea eficiente para calentar y enfriar", dijo Tushar Ghosh, coautor correspondiente del estudio. “Los nanotubos de carbono, si se usan apropiadamente, son seguros y estamos usando una forma que resulta relativamente barata. Por lo tanto, es potencialmente un material termoeléctrico más asequible que podría usarse junto a la piel”. Ghosh es el Profesor Distinguido de Textiles William A. Klopman en el Wilson College of Textiles de NC State.
"Queremos integrar este material en la propia tela", dijo Kony Chatterjee, primer autor del estudio y Ph.D. estudiante en NC State. "En este momento, la investigación sobre ropa que puede regular la temperatura se centra en gran medida en la integración de materiales rígidos en las telas, y los dispositivos termoeléctricos portátiles comerciales en el mercado tampoco son flexibles".
Para enfriar al usuario, dijo Chatterjee, los CNT tienen propiedades que permitirían extraer calor del cuerpo cuando se aplica una fuente externa de corriente.
"Piense en ello como una película, con propiedades refrescantes en un lado y calentadores en el otro", dijo Ghosh.
Los investigadores midieron la capacidad del material para conducir electricidad, así como su conductividad térmica, o la facilidad con la que el calor pasa a través del material.
Uno de los mayores hallazgos fue que el material tiene una conductividad térmica relativamente baja, lo que significa que el calor no regresaría fácilmente al usuario después de salir del cuerpo para enfriarlo. Eso también significa que si el material se usara para calentar al usuario, el calor viajaría con una corriente hacia el cuerpo y no regresaría a la atmósfera.
Los investigadores pudieron medir con precisión la conductividad térmica del material gracias a una colaboración con el laboratorio de Jun Liu, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State. Los investigadores utilizaron un diseño experimental especial para medir con mayor precisión la conductividad térmica del material en la dirección en que se mueve la corriente eléctrica dentro del material.
"Hay que medir cada propiedad en la misma dirección para obtener una estimación razonable de las capacidades del material", dijo Liu, coautor correspondiente del estudio. "Esto no fue tarea fácil; Fue un gran desafío, pero desarrollamos un método para medirlo, especialmente para películas delgadas y flexibles”.
El equipo de investigación también midió la capacidad del material para generar electricidad utilizando una diferencia de temperatura, o gradiente térmico, entre dos entornos. Los investigadores dijeron que podrían aprovechar esto para calentar, enfriar o alimentar pequeños dispositivos electrónicos.
Liu dijo que si bien estas propiedades termoeléctricas eran importantes, también era clave que encontraran un material que también fuera flexible, estable en el aire y relativamente simple de fabricar.
"El objetivo de este documento no es que hayamos logrado el mejor rendimiento termoeléctrico", dijo Liu. “Logramos algo que se puede utilizar como un material electrónico, flexible y suave que es fácil de fabricar. Es fácil preparar este material y lograr estas propiedades”.
En última instancia, su visión para el proyecto es diseñar un tejido inteligente que pueda calentar y enfriar al usuario, además de recolectar energía. Creen que una prenda inteligente podría ayudar a reducir el consumo energético.
"En lugar de calentar o enfriar toda una vivienda o espacio, se calentaría o enfriaría el espacio personal alrededor del cuerpo", dijo Ghosh. "Si pudiéramos bajar el termostato uno o dos grados, se podría ahorrar una enorme cantidad de energía".
El artículo, “Propiedades termoeléctricas en el plano de películas de nanotubos de carbono dopados flexibles y procesables a temperatura ambiente”, se publicó en la revista Materiales de Energía Aplicada ACS. El artículo fue coautor de Ankit Negi y Kyunghoon Kim, quienes son Ph.D. estudiantes en NC State. La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias, bajo las subvenciones 1943813 y 1622451, y por el Fondo de Innovación del Canciller del Estado de Carolina del Norte.
(C) NCSU
Publicación original por: WRAL TechWire