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Jun 23, 2023

Energia

Um novo tecido termorregulador mantém os utilizadores confortáveis ​​com uma quantidade mínima de energia graças a um polímero condutor que pode ser modificado para ajustar a quantidade de radiação infravermelha que emite.

Um novo tecido termorregulador mantém os utilizadores confortáveis ​​com uma quantidade mínima de energia graças a um polímero condutor que pode ser modificado para ajustar a quantidade de radiação infravermelha que emite. De acordo com os desenvolvedores têxteis da Universidade de Chicago, da Universidade Estadual da Carolina do Norte e da Universidade Duke (todas nos EUA), o novo “dispositivo vestível de emissão variável”, ou WeaVE, poderia ser usado para fabricar tecidos inteligentes de gerenciamento térmico de próxima geração. .

Muitos animais são bons em manipular a radiação infravermelha (IR) para se aquecerem e se resfriarem. As formigas prateadas do Saara, por exemplo, dissipam o excesso de calor graças aos pêlos triangulares em seus corpos que refletem diferentes quantidades de raios infravermelhos próximos, dependendo da posição do Sol. Os corpos humanos, por outro lado, absorvem e perdem calor principalmente através da radiação infravermelha com comprimento de onda de 10 mícrons, e nossa pele não é capaz de controlar essa faixa de comprimento de onda em tempo real para nos ajudar a regular a temperatura corporal. Os investigadores estão, portanto, a desenvolver têxteis que podem fazer isso por nós.

O novo dispositivo WeaVE consiste em três camadas: uma camada ativa feita de um polímero condutor denominado polianilina (PANI); náilon metalizado; e um eletrólito semissólido. Quando uma pequena tensão é aplicada a esta estrutura em camadas, o material ativo alterna entre um estado dielétrico transmissivo e um estado metálico com perdas. Cada estado tem uma emissividade diferente, portanto, ao alternar entre eles, a quantidade de radiação térmica que o tecido emite pode ser ajustada para torná-lo emissor de calor (resfriamento) ou escudo térmico (aquecimento).

“O tecido pode, assim, manter o usuário confortável, ajustando a quantidade de calor corporal que é retido e quanto é irradiado”, explica Po-Chun Hsu, de Chicago, que liderou a equipe de desenvolvimento junto com Jie Yin, da NC State. “Dessa forma, o usuário sentiria a mesma temperatura da pele independente da temperatura externa.”

Uma grande vantagem do WeaVE é que o ajuste eletroquímico usado para modificar seu transporte de calor radiativo requer apenas uma pequena quantidade de energia. Este tipo de termorregulação é denominado “adaptativo”, o que significa que se baseia na modulação do coeficiente de transferência de calor do material e utiliza muito menos energia do que as tecnologias “ativas” que utilizam calor elétrico ou recirculação de água para gerar ou bombear energia térmica. Como resultado, a energia necessária para manter o equilíbrio térmico é praticamente zero. Outra vantagem é que o náilon metalizado do tecido é cortado em padrão estilo kirigami, o que permite esticar e movimentar-se com o corpo do usuário, preservando totalmente as conexões e configuração da célula eletroquímica.

A flexibilidade e o baixo consumo de energia do WeaVE significam que ele pode ser empregado em têxteis e tecidos sustentáveis ​​de próxima geração que permitem aos usuários se adaptarem aos seus ambientes, diz Hsu. “Como o conforto térmico é um conceito altamente individualizado e subjetivo, seria benéfico se o efeito de resfriamento/aquecimento fosse adaptado para cada pessoa com base em seus sentimentos e no ambiente circundante”, disse ele à Physics World. “Também esperamos que este trabalho possa inspirar pesquisas futuras tanto na ciência dos materiais de polímeros condutores quanto na engenharia de dispositivos de termorregulação pessoal vestíveis inteligentes.”

'Janus têxtil' pode mantê-lo aquecido e fresco

Os pesquisadores estão agora trabalhando para demonstrar outros materiais térmicos sintonizáveis ​​eletroquimicamente baseados em polímeros condutores. “Os estudos fundamentais da física dos polímeros e da interação luz-matéria dos mecanismos eletrocrômicos também são nosso foco principal, o que não é apenas cientificamente interessante, mas pode nos levar a polímeros de maior desempenho”, diz Hsu.

Eles detalham seu trabalho atual no PNAS Nexus.