Materiales del futuro: Grafeno y textiles

Elegida por cada vez más deportistas profesionales y aficionados, esta ropa ofrece materiales versátiles, ligeros y resistentes con interesantes propiedades térmicas y de conductividad. Algunos atletas olímpicos en Tokio 2020 usaron tejidos de grafeno por su comodidad y propiedades ligeras.

El grafeno es un excelente conductor térmico, por lo que es ideal para prendas de invierno con calefacción. El grafeno conserva el calor en climas fríos y lo expulsa en ambientes cálidos. Las fibras de grafeno también son impermeables, por lo que son alternativas adecuadas para trajes de neopreno y trajes de baño.

La industria textil también puede aprovechar las propiedades del grafeno para producir dispositivos electrónicos portátiles, que pueden detectar, analizar y transmitir información sobre el cuerpo y datos ambientales, y pueden tener aplicaciones que cambian vidas en medicina, deportes y otros campos.

A continuación se muestran algunos ejemplos de textiles con grafeno que están disponibles en el mercado o en desarrollo.

La marca mundial de ropa deportiva Umbro integró la tecnología Graphene-Wear™ de Graphene Flagship Partner, Versarien, en la gama Elite Pro-Training Kit de su colección primavera/verano 2023. Graphene-Wear™ presenta propiedades novedosas que permitirán a los usuarios experimentar una transmitancia térmica mejorada, una mayor gestión de la humedad y una mejor velocidad de secado, sin comprometer la permeabilidad al aire o al vapor de agua.

Recientemente, Graphene Wear™ también fue certificado por el sistema de certificación independiente OEKO-TEX®. Obtener el Pasaporte Ecológico OEKO-TEX® significa que Graphene Wear™ es un textil ecológicamente responsable, cumple con los requisitos legales y los estándares de la industria textil pertinentes y no daña la salud humana.

Grafren AB, miembro asociado del buque insignia del grafeno, con sede en Suecia, está probando su método de recubrimiento de grafeno con diversos materiales textiles. El método no utiliza aglutinantes ni pegamento para incrustar los componentes conductores dentro de la tela. La forma innovadora de incorporar hojuelas de grafeno en la profundidad de la tela crea un producto suave y flexible similar a la piel con conductividad eléctrica controlada. Con dos patentes sobre la preparación de la tinta de grafeno y el recubrimiento del tejido, la empresa ha desarrollado su propio equipo exclusivo para el recubrimiento de grafeno y actualmente puede tratar tejidos de hasta dos metros de ancho, en modo rollo a rollo.

La empresa tiene tres productos textiles de grafeno en proyecto: textiles calentables eléctricamente (G-Heatex) listos para su comercialización, prendas de camuflaje ultraligeras y tejidos de control de presión para la atención sanitaria digital.

Más recientemente, Grafren aplicó su enfoque a fibras textiles naturales, como fundente, yute y cáñamo, obteniendo resultados positivos. "Una vez demostrada su eficacia, esto puede suponer un punto de inflexión en la comercialización de compuestos 'verdes'", afirma Erik Khranovskyy, director general de Grafren.

Tejido de cáñamo recubierto de grafeno (crédito: Grafren AB).

Los investigadores del paquete de trabajo de electrónica flexible del Graphene Flagship están desarrollando hilos de poliéster conductor (tereftalato de polietileno, PET) enriquecidos con grafeno. El instituto finlandés VTT recibe materiales estratificados a base de grafeno de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) y los combina con PET. Posteriormente, la empresa alemana Trevira hila y teje el material hasta formar un tejido. Si tiene éxito desde el punto de vista técnico y económico, se espera que este material se convierta en un nuevo tipo de hilo conductor ligero.

La tela enriquecida con grafeno funciona como sensor de presión y se aplicó a las suelas de los zapatos. (Crédito: Trevira)

Como se analizó en la primera parte de esta serie “Materiales del futuro”, el grafeno se destaca como una excelente alternativa a los metales. Este material ambientalmente benigno, fuerte, fácilmente disponible y altamente conductor está preparado para revolucionar una amplia gama de aplicaciones, especialmente en el campo de las tecnologías portátiles. Los componentes electrónicos de las tecnologías portátiles se producen actualmente con tintas a base de metales que pueden ser costosas (por ejemplo, plata y oro), perjudiciales para el medio ambiente y sensibles a la oxidación. Reemplazar estos metales con grafeno abordaría estos desafíos y ofrecería numerosos beneficios, lo que lo convertiría en la opción ideal para el futuro de las tecnologías portátiles.

Los sensores portátiles de tensión y presión son particularmente interesantes para el control de la salud. Por ejemplo, un equipo dirigido por investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven, socio emblemático de Graphene, en los Países Bajos, produjo una tinta conductora con escamas de grafeno, disolventes no tóxicos y un aglutinante termoplástico estirable de poliuretano. La tinta sigue siendo conductora incluso bajo una tensión del 100% y es muy estable durante 1.000 ciclos de una tensión del 20-50%, lo que corresponde al estiramiento de la piel humana.

Curva de resistencia frente a deformación de pistas impresas en una pulsera que demuestra una excelente capacidad de estiramiento y durabilidad del material durante muchos ciclos.

La combinación de alta conductividad, capacidad de estiramiento y durabilidad hace que estos conductores sean candidatos prometedores para su aplicación en pulseras para detectar el sudor o monitorear el pulso, calentadores corporales, ropa deportiva inteligente, fuentes de energía portátiles y sensores de ECG portátiles. El equipo dirigido por VTT también está trabajando en una camiseta para la monitorización cardíaca. Esto puede ayudar a los profesionales de la salud a diagnosticar y tratar diversas afecciones de salud, mientras que los deportistas pueden analizar y mejorar el rendimiento atlético y realizar un seguimiento de su estado físico y progreso.

Se espera que los electrodos secos a base de grafeno con grafeno impreso para mediciones de electrocardiograma (ECG) controlen la salud humana de una manera que no era posible en el pasado debido a las limitaciones de los electrodos conductores tradicionales, que son densos, no transpirables, fuertes y rígido (Crédito: VTT).

Redactor científico y coordinador de la iniciativa 'Diversidad en Grafeno'.

Tejido de cáñamo recubierto de grafeno (crédito: Grafren AB).

La tela enriquecida con grafeno funciona como sensor de presión y se aplicó a las suelas de los zapatos. (Crédito: Trevira)

Curva de resistencia frente a deformación de pistas impresas en una pulsera que demuestra una excelente capacidad de estiramiento y durabilidad del material durante muchos ciclos.

Se espera que los electrodos secos a base de grafeno con grafeno impreso para mediciones de electrocardiograma (ECG) controlen la salud humana de una manera que no era posible en el pasado debido a las limitaciones de los electrodos conductores tradicionales, que son densos, no transpirables, fuertes y rígido (Crédito: VTT).

Redactor científico y coordinador de la iniciativa 'Diversidad en Grafeno'.