Separa un mechón y parece algodón, todas fibras blancas y aireadas que regresan cuando las aprietas. Enróllelo hasta formar una bola, aplánelo hasta formar una hoja, dóblelo alrededor de su dedo, no le importa mucho. Pero si lo colocas bajo un grifo que gotea, nada se empapa. El agua simplemente se queda allí, formando gotas, negándose a ser absorbida, que es precisamente el truco que buscaban sus creadores.
Se trata de un aerogel de fibra de cambio de fase, PCFA para abreviar, y proviene de un laboratorio del Instituto Dalian de Física Química en China. La idea, a grandes rasgos, es un tejido que sepa qué hacer con el calor de tu cuerpo dependiendo del clima.
El algodón tiene un hábito desagradable que probablemente hayas sentido sin nombrarlo. Una vez que se moja, por el sudor, la lluvia o simplemente por el aire húmedo, comienza a quitar calor de la piel. En un día caluroso, genial; Eso es el enfriamiento evaporativo que te está haciendo un favor. En un frío intenso, esto puede marcar la diferencia entre lo incómodo y lo realmente peligroso. Los montañeros tienen un dicho sombrío al respecto: el algodón mata.
Entonces, la solución obvia es darle a las fibras una forma de acumular calor y devolverlo más tarde. Los investigadores han intentado recubrir hilos con sustancias de cambio de fase, materiales que se derriten y endurecen a medida que cambia la temperatura, absorbiendo calor a medida que se licuan y liberándolo a medida que fraguan.
El problema es que estos revestimientos tienden a comportarse mal. Endurecen una tela suave hasta convertirla en algo más parecido al cartón y, lo que es peor, el material fundido tiene una forma de filtrarse hacia el usuario. Fuga, en el comercio. No es lo que quieres junto a tu piel.
Shihui Zhang, Zhihua Zhang, Quan Shi y sus colegas lo abordaron desde un ángulo diferente. En lugar de pintar el material de cambio de fase en el exterior, lo hornearon, salpicando una red de fibras poliméricas con cápsulas microscópicas de un hidrocarburo de cambio de fase y construyendo todo para imitar la arquitectura elástica y de alta porosidad del propio algodón.
Préstamo de la cápsula
“Inspirándonos en la estructura esponjosa del algodón, creamos un nuevo material que es ultraligero y flexible. Te mantiene abrigado en el frío mejor que el algodón o los aislamientos sintéticos comerciales, y al mismo tiempo evita que te acalores demasiado a temperatura ambiente”, dice Shi, autor correspondiente del estudio.
Las cifras detrás de esa afirmación son bastante impresionantes. El material cambia su comportamiento alrededor de 26 grados Celsius, más o menos, lo que está convenientemente cerca de la temperatura ambiente agradable para la piel, y puede almacenar aproximadamente 43 julios de calor latente por gramo. El equipo informa que sobrevivió a mil ciclos de fusión y fraguado, el tipo de cambio al que se enfrentaría durante la vida útil de una prenda, sin perder la trama. Su valor de aislamiento se sitúa en unas 2,84 centésimas de vatio por metro Kelvin, es decir, es una muy buena barrera contra el frío. Y lo que es más importante, debido a que las cápsulas están selladas dentro de la estructura de fibra, no hay nada que se escape.
Luego vinieron las cosas difíciles. Los investigadores cortaron muestras de aproximadamente 6 por 20 pulgadas y las atravesaron: aire húmedo, gotas de agua, dobleces repetidos, veinte viajes a través del lavado. La tela hizo caso omiso de ambas formas de humedad, mientras que el algodón común las absorbía. No arrojó fibras. Recuperó su esponjosidad original después del lavado y mantuvo el 97 por ciento de su capacidad para atrapar el calor.
Manos calientes, prueba fría
La manifestación principal fue casi hogareña. Envuelva una mano en la nueva tela a -25 grados Celsius, es decir, -13 Fahrenheit, propiamente ártico, y se mantuvo notablemente más cálida que la misma mano envuelta en algodón del mismo grosor. Llévelo adentro y la tela hizo lo contrario, dejando que el calor escapara un poco más fácilmente que el algodón, por lo que no cocinaría.
Es, por ahora, un prototipo, y hay un largo camino entre una muestra en una mesa de laboratorio y una chaqueta en el riel de una tienda. Fabricación a escala, costo, cómo se comporta a lo largo de los años en lugar de lavarse; Todo eso aún está por resolverse y el equipo tiene cuidado de no vender demasiado.
Aún. La mayor parte de lo que usamos es tonto, en el sentido de la ingeniería, una barrera fija que hace lo mismo ya sea que estés tiritando en un telesilla o sudando en el tren a casa. Un material que lee la temperatura y se ajusta, almacena tu calor cuando lo necesitas y lo desprende silenciosamente cuando no lo necesitas, acercando la ropa a algo más parecido a la piel que a una armadura. Si ese futuro llega como un kit de exterior para lugares genuinamente hostiles, que parece el primer hogar más probable, o eventualmente como material de guardarropas cotidiano, es una incógnita por ahora.
Por el momento, sin embargo, hay un pequeño placer en la imagen: un puñado de pelusa sintética que no se moja, sentado en un congelador, decidiendo qué hacer con el calor de una mano.
Fuente: Dai, H. et al. Cartas de energía de ACS, DOI: 10.1021/acsenergylett.6c00363
Preguntas frecuentes
¿Cómo puede una tela mantener el calor dentro y dejarlo salir?
El material está mezclado con pequeñas cápsulas selladas de una sustancia que se derrite y se vuelve a solidificar a una temperatura ambiente aproximadamente cómoda para la piel. Cuando hace frío, la sustancia se endurece y libera hacia usted el calor almacenado; cuando hace calor, se derrite y absorbe el calor, alejándolo. Es la misma física que hace que un cubo de hielo derretido enfríe una bebida, sólo que diseñada para funcionar en ambas direcciones dentro de una fibra.
¿Es cierto que el algodón puede ser peligroso cuando hace frío?
Sí, y es bien conocido entre los escaladores y excursionistas, quienes tienen una frase contundente para describirlo: el algodón mata. Una vez que el algodón se humedece por el sudor o el clima, aleja el calor del cuerpo, lo cual es bienvenido en un día caluroso pero riesgoso cuando ya tienes frío y estás mojado. El objetivo del nuevo material es repeler esa humedad en lugar de absorberla.
¿Qué impide que esto acabe en mi abrigo de invierno?
En este momento es un prototipo de laboratorio probado en pequeñas muestras, no un textil producido en masa. Las preguntas que deciden su destino son las habituales y poco glamorosas: ¿puede fabricarse a escala y a bajo costo? ¿Soportará años de uso real en lugar de unas pocas docenas de ciclos de laboratorio? Los primeros resultados de durabilidad son alentadores, pero esa brecha es donde muchos materiales prometedores se estancan silenciosamente.
¿Cómo sobrevive al lavado?
Debido a que el material que almacena calor está encapsulado e integrado en la estructura de fibra en lugar de estar recubierto en la parte superior, no hay nada que se pueda lavar o filtrar. Después de veinte ciclos de lavado, el prototipo no desprendió fibras, volvió a su esponjosidad original y mantuvo el 97 por ciento de su rendimiento de retención de calor. Esa resistencia a las fugas es exactamente lo que hizo tropezar a los tejidos de cambio de fase anteriores.
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