Come i tessuti di nuova generazione ti terranno fresco nella calura estiva

L'aria condizionata utilizza uno sbalorditivo 5 percento di tutta l'elettricità prodotta negli Stati Uniti. Si tratta di una grande quantità di risorse che, letteralmente, salgono in aria calda ogni anno. Quindi anche piccoli progressi che aiutano le persone a mantenere la calma possono avere un effetto importante.

Oggi, Jonathan Tong e i suoi amici del MIT rivelano il loro approccio al problema: progettare tessuti che consentono al calore di irradiarsi dal corpo in modo più efficace.

Non solo la maggior parte dei vestiti è opaca alla luce visibile, ma è anche opaca agli infrarossi. Questo intrappola la radiazione infrarossa, provocando il riscaldamento del corpo. È utile quando fa freddo ma non così buono quando fa caldo.

Quindi Tong e co hanno trovato una soluzione. Progetta un materiale opaco alla luce visibile ma trasparente all'infrarosso.

Il loro approccio è diretto. Tong e co affermano che il corpo umano emette calore principalmente nel medio e lontano infrarosso, quindi il loro tessuto dovrebbe essere progettato per essere trasparente in quelle parti dello spettro.

Per avere un'idea della sfida, hanno misurato le caratteristiche di trasmissione dei materiali di abbigliamento ordinari come i tessuti di cotone e poliestere che insieme rappresentano quasi l'80% di tutta la produzione di fibre tessili. Questi materiali trasmettono solo circa l'1% della luce infrarossa che li colpisce.

Al contrario, il cotone e il poliestere trasmettono tra il 30 e il 40 percento della luce visibile, quindi sono più trasparenti nel campo visivo di quanto non lo siano nell'infrarosso. Il team afferma che questi materiali sembrano opachi perché riflettono più luce di quella che trasmettono e l'occhio umano è abbastanza sensibile solo da captare la luce riflessa. (In effetti, di solito è facile vedere attraverso questi materiali se li alzi agli occhi.)

Ci sono due ragioni per cui il cotone e il poliestere sono così opachi nell'infrarosso. Il primo è che le molecole si piegano e ruotano a molte frequenze infrarosse e assorbono così fortemente la luce a queste frequenze. E poiché ogni tessuto ha uno spessore di molte migliaia di molecole, quasi tutta la luce infrarossa finisce per essere assorbita.

In secondo luogo, le fibre stesse hanno all'incirca le stesse dimensioni della lunghezza d'onda della luce infrarossa e quindi la disperdono efficacemente. Ciò fa sì che i materiali riflettano fortemente la luce infrarossa. Ecco perché questi materiali spesso appaiono bianchi nelle immagini a infrarossi.

Ciò pone due sfide per Tong e co. I loro nuovi materiali devono essere significativamente meno assorbenti della luce infrarossa e devono essere fatti di fibre che non la diffondano così fortemente.

Mi vengono subito in mente due materiali artificiali. Il primo è il polietilene che è costituito da monomeri di etilene ripetuti che si concatenano per formare molecole di diverse lunghezze. Questo ha pochissime modalità vibrazionali e rotazionali alle frequenze infrarosse e quindi è molto meno assorbente.

Il secondo è il nylon che ha una struttura molecolare simile al polietilene con l'aggiunta di un gruppo chimico ammidico. Questo gruppo aggiuntivo rende il nylon più assorbente nell'infrarosso, sebbene non assorbente quanto il cotone o il poliestere nell'intervallo cruciale di 10 micrometri in cui il corpo umano irradia la maggior parte del suo calore.

Tong e co hanno un altro asso nella manica. Sottolineano che rendere le fibre più piccole le farà disperdere e riflettere la luce infrarossa in modo meno forte. Quindi passerà più luce infrarossa.

Questo ha un ulteriore vantaggio. Il nylon e il poliestere trasmettono abbastanza bene la luce visibile, ma riducendo la dimensione delle fibre a quella della luce visibile le fibre la disperderanno più fortemente. Ciò dovrebbe garantire che questi materiali appaiano opachi all'occhio umano.

Il team prosegue calcolando l'effetto che si ottiene indossando un tessuto di nylon o poliestere composto da fibre di un micrometro di diametro e intrecciate in un filo spesso 30 micrometri. Questi calcoli suggeriscono che la maggiore trasmittanza infrarossa fornirebbe l'equivalente di almeno 23 watt di raffreddamento. Fondamentalmente questi materiali dovrebbero essere ancora opachi alle lunghezze d'onda visibili.

Il tessuto trasparente visibilmente opaco a infrarossi fornisce una soluzione semplice per ridurre il consumo di energia dei sistemi HVAC consentendo set point di temperatura più elevati durante l'estate, concludono.

Ci sono alcuni avvertimenti, ovviamente. Il primo è che questi materiali dovrebbero essere tinti per scopi estetici prima di poter essere ampiamente utilizzati nei capi di abbigliamento al dettaglio. L'effetto che questi coloranti avrebbero sulla trasmissione infrarossa non è ancora chiaro.

La porosità dell'acqua è un altro fattore. Questo ha un'influenza importante sul comfort perché gran parte del raffreddamento del corpo deriva dall'evaporazione del sudore. Se l'acqua non può passare attraverso questi materiali, è probabile che siano scomodi da indossare.

E la vestibilità sarà di per sé importante. Questi materiali dovranno essere morbidi al tatto e comodi da indossare, fattori difficili da valutare da uno studio come questo. Poi ci sono durata e lavabilità, fattori importanti in molte decisioni di acquisto.

Infine, c'è la questione della privacy. Le telecamere a infrarossi stanno diventando sempre più economiche e comuni e chiunque indossi questi tessuti apparirà più o meno nudo a queste telecamere. Tong e co non ne fanno menzione nel loro articolo, ma è probabile che sia una considerazione importante in un mondo in cui immagini imbarazzanti possono diffondersi in tutto il mondo in un batter d'occhio.

Una soluzione potrebbe essere quella di fondere il materiale con altri più comuni, ma ancora una volta l'impatto di questo sulla trasmittanza infrarossa deve essere determinato con attenzione. Chiaramente è necessario più lavoro su tutti questi fronti.

Tuttavia, questa è una versione interessante di un problema importante che potrebbe avere un impatto significativo sul consumo di energia nei luoghi in cui l'aria condizionata è diffusa.

Rif: arxiv.org/abs/1507.04269 : Tessuti opachi trasparenti a infrarossi per la gestione termica personale indossabile

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