22 MAY 2024 Temas del día: Pull&Bear x BFC NewGen Cifras retail textil ARTE G-Star Pride Tranoï Homme París Innovaciones de Lenzing
×
TEXWORLD

PUBLICIDAD

Guía de Formación

Empa, de Zurich, consigue producir aerogeles imprimibles


19/04/2024

Los aerogeles del Empa, que están fabricados con celulosa, pueden tener aplicación en muchos sectores, entre ellos el textil.

Los aerogeles a base de celulosa son versátiles, ultraligeros, aislantes térmicos y biodegradables. Los investigadores del Empa de Zurich han logrado imprimirlos en 3D incluso en formas complejas. Algún día podrían servir como aislamiento de precisión en microelectrónica o como implantes médicos personalizados. Probablemente, también podrían utilizarse en artículos textiles.

Aerogeles, Empa.
Una pieza realizada con aerogel. (Imagen: Empa – Zurich)

A primera vista, los materiales biodegradables, las tintas para impresión 3D y los aerogeles no tienen mucho en común, pero los tres tienen un gran potencial para el futuro. Para empezar, no contaminan el medio ambiente y -si son ligeros- son excelentes aislantes térmicos. Por otro lado, su impresión 3D puede producir estructuras complejas sin desperdicio. Los investigadores de Empa han logrado combinar todas estas ventajas en un solo material, que promete un gran futuro.

El material ha sido creado bajo el liderazgo de Deeptanshu Sivaraman, Wim Malfait y Shanyu Zhao del laboratorio de Materiales y Componentes Energéticos para la Construcción de Empa.

Junto con otros investigadores, Zhao y Malfait ya habían desarrollado en 2020 un proceso para imprimir aerogeles de sílice, un material similar a la espuma, muy poroso y quebradizo. Antes del desarrollo actual en Empa, darles formas complejas había sido prácticamente imposible. «El siguiente paso lógico era aplicar nuestra tecnología de impresión a aerogeles de base biológica mecánicamente más robustos», afirmó Zhao.

Los investigadores eligieron como material de partida el biopolímero más común en la Tierra: la celulosa. Se pueden obtener nanopartículas a partir de este material mediante un proceso sencillo. El estudiante de doctorado Deeptanshu Sivaraman utilizó dos tipos de nanopartículas (nanocristales de celulosa y nanofibras de celulosa) para producir la tinta con la que después imprimiría el bioaerogel.

El aerogel contiene más del 80% de agua

Las características de flujo de tinta son cruciales en la impresión 3D. Debe ser suficientemente viscosa para mantener una forma tridimensional antes de solidificarse. Y debe licuarse bajo presión para que pueda fluir a través de la boquilla. Con la combinación de nanocristales y nanofibras, Sivaraman logró combinar ambos objetivos. Las nanofibras largas dan a la tinta una alta viscosidad, mientras que los cristales más bien cortos la adelgazan para que fluya fácilmente.

En total, la tinta contiene alrededor de un 12% de celulosa y un 88% de agua. «Pudimos conseguir las propiedades necesarias solo con celulosa, sin aditivos ni rellenos«, afirma Sivaraman. Esto no sólo ayuda a la biodegradabilidad de los productos finales de aerogel, sino también a su capacidad de aislamiento térmico. Para convertir la tinta en un aerogel después de la impresión, los investigadores reemplazan el agua solvente de los poros primero con etanol y luego con aire, todo ello manteniendo la fidelidad de la forma.

Su alta porosidad y el pequeño tamaño de sus poros hacen que todos los aerogeles sean aislantes térmicos eficaces. Sin embargo, los investigadores han identificado una propiedad única en el aerogel de celulosa impreso: es anisotrópico. Esto significa que su resistencia y conductividad térmica dependen de la dirección. Esto permite controlar en qué eje la pieza de aerogel impresa será particularmente estable o aislante. Estos componentes aislantes fabricados con precisión podrían usarse en microelectrónica, donde el calor solo debe conducirse en una dirección determinada.

Aplicaciones potenciales en medicina

Aunque el proyecto de investigación original, financiado por la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia, se interesaba principalmente en el aislamiento térmico, los investigadores rápidamente vieron otra área de aplicación para su bioaerogel imprimible: la medicina. Al estar compuesto de celulosa pura, el nuevo aerogel es biocompatible con células y tejidos vivos. Su estructura porosa es capaz de absorber fármacos y luego liberarlos en el organismo durante un largo período de tiempo. Y la impresión 3D ofrece la posibilidad de producir formas precisas que podrían servir como soporte para el crecimiento celular o como implantes.

Una ventaja particular es que el aerogel impreso se puede rehidratar y volver a secar varias veces después del proceso de secado inicial sin perder su forma o estructura porosa. Esto haría que el material fuera más fácil de manipular y sólo sumergirse en agua poco antes de su uso. Cuando está seco, no sólo es ligero y cómodo de manejar, sino que también es menos susceptible a las bacterias y no es necesario protegerlo para que no se seque.

Los investigadores también están trabajando en la administración de fármacos a partir de aerogeles en un proyecto de seguimiento, centrándose menos en la impresión 3D por ahora. Shanyu Zhao está colaborando con investigadores de Alemania y España en aerogeles elaborados a partir de otros biopolímeros, como el alginato y el quitosano, derivados de algas y quitina, respectivamente. Mientras tanto, Wim Malfait quiere mejorar aún más el aislamiento térmico de los aerogeles de celulosa. Y Deeptanshu Sivaraman se ha unido a Siloxene, una empresa derivada de Empa.

Para más información: https://www.empa.ch/

Pinker Moda

19.04.2024