Gli ingegneri tessono tessuti avanzati che possono rinfrescare chi lo indossa e riscaldarlo

11 ottobre 2022

dall'Università di Shinshu

Gli ingegneri tessili hanno sviluppato un tessuto composto da nanofili ultrasottili costituiti in parte da materiali a cambiamento di fase e altre sostanze avanzate che si combinano per produrre un tessuto in grado di rispondere alle variazioni di temperatura per riscaldare e rinfrescare chi lo indossa a seconda delle necessità. .

Gli scienziati dei materiali hanno progettato un tessuto avanzato con fili su scala nanometrica contenenti al loro interno un materiale a cambiamento di fase in grado di immagazzinare e rilasciare grandi quantità di calore quando il materiale cambia fase da liquido a solido. Combinando i fili con rivestimenti elettrotermici e fototermici che ne migliorano l'effetto, hanno in sostanza sviluppato un tessuto che può raffreddare rapidamente chi lo indossa e riscaldarlo al variare delle condizioni.

Un articolo che descrive la tecnica di produzione è apparso su ACS Nano il 10 agosto.

Molte occupazioni, dai vigili del fuoco ai braccianti agricoli, coinvolgono ambienti caldi o freddi difficili. Le celle frigorifere, le piste di pattinaggio, le fucine d'acciaio, i panifici e molti altri luoghi di lavoro richiedono ai lavoratori di effettuare frequenti transizioni tra temperature diverse e talvolta estreme. Tali cambiamenti regolari di temperatura non solo sono scomodi, ma possono causare malattie o addirittura lesioni e richiedono un ingombrante e costante cambio di vestiti. Un maglione manterrà caldo un lavoratore in un armadietto per salumi, ma potrebbe surriscaldare lo stesso lavoratore quando lascia quello spazio.

Un’opzione per alleviare lo stress da caldo o freddo di questi lavoratori, o di chiunque altro, dagli atleti ai viaggiatori, che sperimentano tale disagio, è la tecnologia emergente dei tessuti per la gestione termica personale. Questi tessuti possono gestire direttamente la temperatura di aree localizzate attorno al corpo.

Tali tessuti spesso fanno uso di materiali a cambiamento di fase (PCM) che possono immagazzinare e successivamente rilasciare grandi quantità di calore quando il materiale cambia fase (o stato della materia, ad esempio, da solido a liquido).

Uno di questi materiali è la paraffina, che in linea di principio può essere incorporata in diversi modi in un materiale tessile. Quando la temperatura dell'ambiente attorno alla paraffina raggiunge il punto di fusione, il suo stato fisico cambia da solido a liquido, comportando un assorbimento di calore. Quindi il calore viene rilasciato quando la temperatura raggiunge il punto di congelamento della paraffina.

Sfortunatamente, la rigidità intrinsecamente solida dei PCM nella loro forma solida e le perdite quando sono liquidi hanno finora ostacolato la loro applicazione nel campo della regolazione termica dei dispositivi indossabili. Sono state tentate diverse strategie, inclusa la microincapsulazione (in cui il PCM come la paraffina è rivestito in capsule estremamente piccole), per migliorare l'efficienza dell'imballaggio e superare i problemi di rigidità e perdite.

"Il problema qui è che i metodi di produzione delle microcapsule a cambiamento di fase sono complessi e molto costosi", ha affermato Hideaki Morikawa, autore corrispondente dell'articolo e ingegnere tessile avanzato presso l'Istituto per l'ingegneria delle fibre dell'Università di Shinshu. "Peggio ancora, questa opzione offre una flessibilità insufficiente per qualsiasi applicazione realisticamente indossabile."

Quindi i ricercatori si sono rivolti a un’opzione chiamata elettrofilatura coassiale. L'elettrofilatura è un metodo per produrre fibre estremamente fini con diametri dell'ordine dei nanometri. Quando una soluzione polimerica contenuta in un serbatoio, in genere una siringa dotata di un ago, è collegata a una fonte di alimentazione ad alta tensione, sulla superficie del liquido si accumula carica elettrica.

Ben presto si raggiunge un punto in cui la repulsione elettrostatica della carica accumulata è maggiore della tensione superficiale e ciò si traduce in un getto estremamente fine di liquido. Man mano che il getto di liquido si asciuga in volo, viene allungato ulteriormente da quella stessa repulsione elettrostatica che ha dato origine al getto, e la fibra ultrafine risultante viene poi raccolta su un tamburo.