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Textiles Inteligentes Aplicando Nanotecnología

Textiles Inteligentes Aplicando Nanotecnología - Tecnología

Existe una amplia gama de textiles inteligentes, donde al adherirles nuevas propiedades, ofrecen a las industrias afines, dar giros novedosos y ampliar su panorama tecnológico. A raíz de problemáticas triviales, pueden existir soluciones altamente innovadoras como volver prendas parcialmente repelentes al agua, hacer textiles antiarrugas, textiles antiestáticos, incluso textiles como interface con propiedades de conducción de energía eléctrica. Tales propiedades eléctricas van ligados a patrones en el textil que forman circuitos eléctricos que a su vez pueden funcionar como sensores que detectan la presencia del movimiento, ritmo cardiaco, presencia de analitos por medio de electroquímica, etc. Con ello, tanto el usuario como la prenda inteligente, interactúan para obtener una señal de respuesta y se pretende buscar un intercambio de información directo o tener un seguimiento de información de manera externa. Aunado a la tecnología de textiles, está la gran notoriedad de la nanotecnología, de modo que puede mejorar propiedades del mismo material o mejorar tecnologías de manera que pudieran ser adheridas a los textiles haciendo de estos una rama innovadora de prendas inteligentes. Este campo comprende nanopartículas cero-dimensionales de diferentes metales o semiconductores, nanomateriales unidimensionales como nanocables, nanotubos, nanofibras e incluso el uso de nanorecubrimientos a manera de nanomateriales bidimensionales para mejorar el desempeño de los textiles inteligentes.

Los materiales antes mencionados por su alto impacto y desarrollo, han sido categorizados de tres diferentes maneras[1]:

  • Textiles inteligentes pasivos; Estos únicamente responden a una señal facilitando el resultado a un dispositivo pre-programado, independientemente de tener una interacción directa con el usuario. Destacan los electrocardiogramas, prendas antiarrugas, textiles repelentes al agua, textiles para repeler electrostática, etc.
  • Textiles inteligentes activos; Donde ya se tiene una interacción directa con el usuario, respondiendo a un estímulo u orden, los cuales tienen un nivel tecnológico más elevado al de los textiles inteligentes pasivos.
  • Textiles altamente inteligentes; De la misma forma que los textiles inteligentes activos, existe una interacción con el textil el cual responde a un estímulo, el cual puede tener múltiples tareas; a su vez existe un intercambio de información entre el textil altamente inteligente con el usuario, siendo prendas de un nivel tecnológico superior el cual puede advertir o responder a señales e incluso ayudar al desempeño del portador.

Dentro del campo enfocado a los textiles inteligentes con propiedades electrónicas, están las tintas conductoras cuya matriz está conformada de nanomateriales que conducen de manera eficiente electrones, de tal forma que las tintas son colocadas usando la técnica de serigrafía dando como resultado estampados que toman la función de un circuito eléctrico. La serigrafía permite hacer patrones impresos conductores, los cuales con una señal de voltaje alimentan el circuito eléctrico en el textil. La conductividad medida en estas nuevas interfaces, ha resultado ser eficiente incluso después de varios ciclos de lavado1, manteniendo sus propiedades de conducción eléctrica. Se han realizado pruebas con tintas a base de diferentes metales para estudiar la conductividad de cada uno de ellos. La plata, el oro y el cobre, siendo éste último el más explotado comercialmente por su bajo costo en el mercado, tienen características altamente conductivas cuando se tratan en escalas macroscópicas. Debido a ello, su contraparte nanométrica ha sido considerada en tintas conductoras. Sin embargo, existe un material nanométrico unidimensional el cual cuenta con cualidades eléctricas, mecánicas y térmicas que puede superar el desempeño de los metales comúnmente empleados; los nanotubos de carbono. Los nanotubos han sido un material altamente explotado en un sinfín de tecnologías. Particularmente en la industria textil, se ha observado que impresiones de patrones conductores o inclusive redes entrelazadas de nanotubos de carbono para formar una malla conductora, muestran características considerablemente eficientes y han estado siendo blanco de la industria de los textiles inteligentes[3]. Por su parte los nanotubos de carbono son láminas de grafito los cuales se envuelven a sí mismas para dar pie a su característica forma cilíndrica. Existen tres formas en las que los nanotubos acomodan sus átomos; zigzag, quiral y de sillón[2]

Dependiendo del acomodo de los átomos, pueden presentar diferentes propiedades eléctricas, mecánicas, termodinámicas y estar presentes una variedad alta de conductores, semiconductores y en casos particulares, superconductores. Los nanotubos pueden presentar tanto una pared laminar de grafito (SWCNTs), así como multiparedes (MWCNTs) mejorando y cambiando diferentes propiedades eléctricas al ser capaces de llevar densidades de corriente de hasta  A/ siendo 1,000 veces mayor que la de los metales nobles, así también resistividad eléctrica individual de los SWCNTs se encuentra alrededor de  Ω·cm, mientras que los MWSCNTs están dentro de los 3· Ω.cm. La conductividad térmica presente en los nanotubos de carbono es sumamente superior al diamante, siendo de 6,600 W/(m·K) y una alta ventaja de estos es que, si bien tienen diámetros que están dentro del orden nanométrico, pueden llegar a tener longitudes de hasta micras, permitiendo aún buena conductividad y así mismo por su resistencia mecánica, alta firmeza[2]. Así pues, por su forma sencilla de ser manipulados, los nanotubos junto a otros metales como el TiO2 han sido utilizados para celdas solares a base de electrolitos, donde mayas formadas con hilos entrelazados de TiO2, funcionan como electrodos y los nanotubos, de igual manera formando mayas, desempeñan su papel a manera de contraelectrodos como componentes básicos de un sensor electroquímico[4].

Al estar bajo continua iluminación, por medio de reacciones óxido-reducción, corrientes fotoelectrónicas son producidas continuamente debido a que las moléculas del electrolito excitado, administra electrones en la banda de conducción del TiO2 y los electrones son rápidamente transportados a lo largo de los alambres de titanio hasta llegar la fibra creada por los nanotubos, de tal manera que la celda pude ser adherida a prendas sin presentar fracturaciones o inconvenientes[4]. Ahora bien, considerando que, con el método de serigrafía, las tintas conductoras acopladas una interfaz como los textiles, pueden ser creadas celdas solares sin la necesidad de fabricarlas externamente para adherirlas en procesos posteriores.

[1] Stoppa, M., & Chiolerio, A. (2014). Wearable Electronics and Smart Textiles: A Critical Review. MPDI Open AccessJurnal, 11957-11992.

[2] Zhang, R., Zhang, Y., & Wei, F. (2017). Controlled Synthesis of Ultralong Carbon Nanotubes with Perfect Structures and Extraordinary Properties. Accounts of chemical research, 179-189.

[3] Yetisen, A. K., Qu, H., Manbachi, A., Butt, H., Dokmeci, M. R., Hinestroza, J. P., Yun, S. H. (2016). Nanotechnology in Textiles. ACSNano, 3042-3068.

[4] Pan, S., Yang, Z., Chen, P., Deng, J., Li, H., & Peng, H. (2014). Wearable Solar Cells by Stacking Textile Electrodes. Angewandte Chemie, 1-6.

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