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Jun 23, 2023

Energia

Un nuovo tessuto termoregolante mantiene chi lo indossa a proprio agio con una quantità minima di energia in ingresso grazie a un polimero conduttivo che può essere modificato per regolare la quantità di radiazione infrarossa emessa.

Un nuovo tessuto termoregolante mantiene chi lo indossa a proprio agio con una quantità minima di energia in ingresso grazie a un polimero conduttivo che può essere modificato per regolare la quantità di radiazione infrarossa emessa. Secondo gli sviluppatori del tessuto dell’Università di Chicago, della North Carolina State University e della Duke University (tutte negli Stati Uniti), il nuovo “dispositivo indossabile a emissività variabile”, o WeaVE, potrebbe essere utilizzato per realizzare tessuti di gestione termica intelligente di prossima generazione. .

Molti animali sono bravi a manipolare la radiazione infrarossa (IR) per riscaldarsi e raffreddarsi. Le formiche argentate del Sahara, ad esempio, dissipano il calore in eccesso grazie ai peli triangolari sui loro corpi che riflettono quantità diverse di raggi nel vicino IR a seconda della posizione del Sole. Il corpo umano, al contrario, assorbe e perde calore principalmente attraverso la radiazione IR con una lunghezza d'onda di 10 micron e la nostra pelle non è in grado di controllare in tempo reale questo intervallo di lunghezze d'onda per aiutarci a regolare la temperatura corporea. I ricercatori stanno quindi sviluppando tessuti che possano farlo per noi.

Il nuovo dispositivo WeaVE è costituito da tre strati: uno strato attivo costituito da un polimero conduttore chiamato polianilina (PANI); nylon metallizzato; e un elettrolita semisolido. Quando viene applicata una piccola tensione a questa struttura stratificata, il materiale attivo passa da uno stato dielettrico trasmissivo a uno stato metallico con perdite. Ciascuno stato ha un'emissività diversa, quindi passando da uno all'altro, la quantità di radiazione termica emessa dal tessuto può essere regolata per renderlo emettitore di calore (raffreddamento) o schermante dal calore (riscaldamento).

"Il tessuto può quindi garantire il comfort di chi lo indossa regolando la quantità di calore corporeo trattenuta e quella irradiata", spiega Po-Chun Hsu di Chicago, che ha guidato il team di sviluppo insieme a Jie Yin di NC State. “In questo modo, l’utente sentirebbe la stessa temperatura cutanea indipendentemente dalla temperatura esterna.”

Uno dei principali vantaggi del WeaVE è che la regolazione elettrochimica utilizzata per modificare il trasporto del calore radiativo richiede solo una piccola quantità di energia in ingresso. Questo tipo di termoregolazione è definito “adattivo”, nel senso che si basa sulla modulazione del coefficiente di trasferimento del calore del materiale e utilizza molta meno energia rispetto alle tecnologie “attive” che utilizzano il calore elettrico o l'acqua ricircolante per generare o pompare energia termica. Di conseguenza, l’energia necessaria per mantenere l’equilibrio termico è praticamente pari a zero. Un ulteriore vantaggio è che il nylon metallizzato nel tessuto è tagliato secondo un modello in stile kirigami, che gli consente di allungarsi e muoversi con il corpo dell'utente preservando completamente le connessioni e la configurazione della cella elettrochimica.

La flessibilità e il basso consumo energetico di WeaVE significano che potrebbe essere impiegato in tessuti e tessuti sostenibili di prossima generazione che consentono agli utenti di adattarsi ai loro ambienti, afferma Hsu. "Poiché il comfort termico è un concetto altamente individualizzato e soggettivo, sarebbe utile se l'effetto di raffreddamento/riscaldamento fosse adattato a ciascuno in base alle proprie sensazioni e all'ambiente circostante", afferma a Physics World. “Speriamo anche che questo lavoro possa ispirare la ricerca futura sia sulla scienza dei materiali dei polimeri conduttori sia sull’ingegneria di dispositivi di termoregolazione personale indossabili intelligenti”.

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I ricercatori stanno ora lavorando per dimostrare altri materiali termici sintonizzabili elettrochimicamente basati su polimeri conduttori. “Anche gli studi fondamentali sulla fisica dei polimeri e sull’interazione luce-materia dei meccanismi elettrocromici sono il nostro obiettivo principale, il che non è solo interessante dal punto di vista scientifico ma può condurci verso polimeri con prestazioni più elevate”, afferma Hsu.

Descrivono in dettaglio il loro lavoro attuale in PNAS Nexus.