investigadores de la Universidad de Stanford, con la ayuda de cometa la supercomputadora en la Supercomputadora de San Diego en UC San Diego, ha diseñado un material plástico de bajo costo que podría convertirse en la base de la ropa que enfría al usuario, reduciendo la necesidad de aire acondicionado que consuma energía.
Describiendo su trabajo en un número reciente de ciencia , la revista de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia AAAS, los investigadores sugirieron que esta nueva familia de telas podría convertirse en la base de prendas que mantengan a las personas frescas en climas cálidos sin aire acondicionado.
"Si puedes enfriar a la persona en lugar del edificio donde trabaja o vive, eso ahorrará energía", dijo Yi Cui, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Stanford y de ciencia de fotones en el Laboratorio Nacional de Aceleradores de SLAC,y el investigador principal del estudio.
El nuevo material funciona al permitir que el cuerpo descargue calor de dos maneras que harían que el usuario se sienta casi 4 grados Fahrenheit más fresco que si usara ropa de algodón.
El material se enfría al permitir que la transpiración se evapore a través del material, algo que las telas comunes ya hacen. Pero el material Stanford proporciona un segundo mecanismo revolucionario de enfriamiento: permite que el calor que emite el cuerpo como radiación infrarroja pase a través del tejido plástico.
Todos los objetos, incluidos nuestros cuerpos, arrojan calor en forma de radiación infrarroja, una longitud de onda invisible y benigna de luz. Las mantas nos calientan atrapando las emisiones de calor infrarrojo cerca del cuerpo. Esta radiación térmica que escapa de nuestros cuerpos es lo que hacenosotros visibles en la oscuridad a través de gafas de visión nocturna.
"Cuarenta a 60 por ciento de nuestro calor corporal se disipa como radiación infrarroja cuando estamos sentados en una oficina", dijo Shanhui Fan, coautora del estudio y profesora de ingeniería eléctrica que se especializa en fotónica, que es el estudiode luz visible e invisible. "Pero hasta ahora ha habido poca o ninguna investigación sobre el diseño de las características de radiación térmica de los textiles".
Envoltura de cocina súper potente
La investigación combinó simulaciones por computadora, nanotecnología, fotónica y química para dar al polietileno, el plástico transparente y pegajoso que usamos como envoltura de cocina, una serie de características deseables en el material de la ropa: permite que pase la radiación térmica, el aire y el vapor de aguajusto a través y es opaco a la luz visible.
El atributo más fácil era permitir que la radiación infrarroja pasara a través del material, porque esta es una característica de la envoltura de alimentos de polietileno ordinario. Por supuesto, el plástico de la cocina es impermeable al agua y también es transparente, lo que lo hace inútil como ropa.
Los investigadores de Stanford abordaron estas deficiencias de una en una. Como paso inicial, crearon modelos de computadora que capturaron las propiedades ópticas del polietileno nanoporoso. Las simulaciones se realizaron en un grupo de cómputo local en Stanford, además de la escala de petas de SDSC cometa supercomputadora y Estampida en el Texas Advanced Computing Center de la Universidad de Texas en Austin. Los modelos resultantes abarcaron un amplio rango de longitud de onda óptica, desde lo visible hasta lo infrarrojo.
"Al ajustar por una variedad de parámetros pudimos identificar un rango de tamaño de poro, un nanoporo, que mejor se adaptaba al propósito del textil, uno que es altamente opaco visiblemente y al mismo tiempo muy transparente en el rango de longitud de onda térmica", dijo Fan.
"Resolver la propagación de ondas electromagnéticas en grandes estructuras 3D es muy exigente desde el punto de vista computacional y solo se puede hacer en computadoras de alto rendimiento", agregó. "De lo contrario, tomaría demasiado tiempo. La gran memoria compartida en el cometa el clúster fue bastante beneficioso para el código que estábamos usando "
Utilizando sus modelos de computadora como guía, los investigadores encontraron una variante de polietileno de uso común en la fabricación de baterías que tiene una nanoestructura específica que es opaca a la luz visible pero que es transparente a la radiación infrarroja, lo que podría dejar escapar el calor corporal.material base que era opaco a la luz visible por modestia pero térmicamente transparente para fines de eficiencia energética.
Luego modificaron el polietileno industrial tratándolo con productos químicos benignos para permitir que las moléculas de vapor de agua se evaporen a través de los nanoporos en el plástico, dijo el académico postdoctoral y miembro del equipo Po-Chun Hsu, permitiendo que el plástico respire como una fibra natural.
Más colores, más texturas, más tela
Ese éxito les dio a los investigadores un material de una sola hoja que cumplía con sus tres criterios básicos para un tejido refrigerante. Para hacer que este material delgado se pareciera más al tejido, crearon una versión de tres capas: dos hojas de polietileno tratado separadas por un algodónmalla para mayor resistencia y grosor.
Para probar el potencial de enfriamiento de su construcción de tres capas versus una tela de algodón de espesor comparable, colocaron una pequeña muestra de cada material en una superficie que era tan cálida como la piel desnuda y midieron cuánto calor atrapó cada material.
"Usar algo atrapa algo de calor y hace que la piel se caliente", dijo Fan. "Si la disipación de la radiación térmica fuera nuestra única preocupación, entonces sería mejor no usar nada".
La comparación mostró que la tela de algodón hacía que la superficie de la piel fuera 3.6 F más cálida que su tela refrescante. Los investigadores dijeron que esta diferencia significa que una persona vestida con su nuevo material podría sentirse menos inclinada a encender un ventilador o aire acondicionado.
Los investigadores continúan su trabajo en varios frentes, incluida la adición de más colores, texturas y características de tela a su material. La adaptación de un material ya producido en masa para la industria de las baterías podría facilitar la creación de productos.
"Esperamos que las computadoras de alto rendimiento sean de gran ayuda en nuestras próximas simulaciones que involucren estructuras a mayor escala y más complejas", dijo Alex Song, asociado de investigación postdoctoral de Stanford, quien realizó las simulaciones electromagnéticas de estas estructuras de fibra.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California en San Diego . Original escrito por Warren Froelich. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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