Imitan el aislamiento térmico del oso polar con aerogel
Muchos animales, como el oso polar, que viven en ambientes extremadamente fríos han desarrollado pieles que los mantienen calientes y secos. Foto: vecstock/Freepik

Investigadores chinos han conseguido superar la fragilidad y mala procesabilidad de los aerogeles, considerados como material ideal para el aislamiento térmico, al lograr imitar las características propias de la piel del oso polar para su aplicación en textiles con fibras sintéticas.

En un estudio que aparece en Science, los autores describen paso a paso el proceso que han seguido para imitar fielmente las propiedades de la piel de los osos polares para, con ayuda de aerogeles, conseguir fibras sintéticas que aíslan del frio con una eficacia nunca antes vista.

Imitan el aislamiento térmico del oso polar con aerogel
Los pelos de los osos polares tienen un núcleo poroso y una estructura de caparazón densa para evitar la pérdida de calor. Estas características estructurales desacoplan la función de aislamiento térmico y la resistencia mecáníca del pelo, que sirvieron de inspiración para el diseño y preparación de las fibras sintéticas. Imagen: Mingrui Wu Zhejiang University

“Superamos estos problemas -puntualizan- encapsulando la fibra del aerogel con una capa elástica, imitando la estructura núcleo-caparazón del pelo de un oso polar”.

Las fibras son lavables, teñibles, duraderas y adecuadas para su uso en textiles avanzados. Esto permitió a los investigadores probarlos con un suéter que demostró un aislamiento térmico impresionante, entre otras características.

Los aerogeles son un material ideal para el aislamiento térmico. Demuestran una alta porosidad y una conductividad térmica extremadamente baja. Sin embargo, la aplicación de aerogeles en fibras aislantes para textiles se ha limitado debido a su fragilidad y mala procesabilidad.

No sólo carecen de la resistencia y la elasticidad necesarias para tejerlas en textiles prácticos, sino que las fibras de aerogel actuales no se pueden lavar a máquina y pierden rápidamente su capacidad de aislamiento térmico en ambientes húmedos.

Pelo del oso polar

Muchos animales que viven en ambientes extremadamente fríos han desarrollado pieles que los mantienen calientes y secos. Por ejemplo, el pelo del oso polar se compone de un núcleo poroso encerrado dentro de una densa estructura de caparazón. Como resultado, los pelos proporcionan un excelente aislamiento térmico, manteniendo al mismo tiempo fuerza y flexibilidad.

El equipo describe que los pelos de los osos polares tienen un núcleo poroso y una estructura de caparazón densa para evitar la pérdida de calor. Estas características estructurales desacoplan -destacan- la función de aislamiento térmico y la resistencia mecánica del pelo, que sirvieron de inspiración para el diseño y preparación de las fibras sintéticas.

Con muchos poros de decenas de micrómetros de tamaño, el pelo del oso polar captura un gran volumen de aire estacionario, con lo que suprime eficazmente tanto la conducción como la convención térmica.

Las paredes porosas alineadas -subrayan en el estudio- reducen sustancialmente el número de caminos conductores térmicos y proporcionan un efecto multirreflectante para una fuerte reflectancia infrarroja, ambos para un aislamiento térmico eficiente.

La densa capa protege los núcleos porosos, haciendo que el pelo sea impermeable e insensible al aire húmedo, que son las principales razones de la pérdida de propiedad de aislamiento térmico en los materiales típicos a aerogel.

Imitando la estructura núcleo-caparazón del pelo de un oso polar, Mingrui Wu y su equipo utilizaron un enfoque de hilatura congelada para crear una fuerte fibra de aerogel polimérico con poros laminares.

Luego lo encapsularon con una fina capa de goma elástica. La fibra de aerogel encapsulado (EAF) resultante logra un excelente rendimiento de aislamiento térmico y, al mismo tiempo, es mecánicamente robusta, lo que la hace adecuada para tejer.

Un suéter fino con fibras, la prueba de concepto

A pesar su alta porosidad interna (más del 90 %), estos investigadores demuestran que la fibra se puede estirar hasta un 1.000 % de tensión; una mejora significativa en comparación con las fibras de aerogel tradicionales, que sólo alcanzan aproximadamente el 2 % de tensión.

La fibra mantuvo sus propiedades de aislamiento térmico con un impacto mínimo incluso después de 10.000 ciclos de estiramiento repetidos al 100 % de tensión. Además, los autores de este trabajo demuestran que el EAF es lavable y teñible.

Así y como prueba de concepto, tejieron un suéter fino fabricado con fibras que, a pesar de tener aproximadamente una quinta parte del grosor de una chaqueta de plumas, proporcionaba un rendimiento aislante comparable.

Como explican en su estudio, con una capa encapsulada de sólo unos 80 milímetros de espesor, la tensión de tracción de esa fibra de aerogel encapsulada aumentó considerablemente más de 500 veces, en comparación con las fibras de aerogel tradicionales.

En su opinión, estos textiles presentan un “excelente aislamiento término y multifunción y tienen un gran potencial para fabricar uniformes militares y trajes espaciales para ambientes extremadamente fríos. Nuestra investigación destaca una estrategia diferente para el diseño biomimético de fibras y textiles multifuncionales, que son necesarios para diversas aplicaciones emergentes, como electrónica portátil y gestión térmica personal”.

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