Seda de araña que conduce el calor como un metal

Iowa State University - Xinwei Wang

Xinwei Wang, profesor asociado de Ingeniería Mecánica en la Iowa State University estudia la capacidad de los materiales para conducir el calor, es decir, su conductividad térmica (λ). En términos generales, es la familia de los metales la que presenta una mayor conductividad del calor, aunque por encima de todos ellos se sitúa el diamante, con una λ de 2000 W/(K·m). Hasta ahora, todos los materiales de origen biológico (como la seda u otros tejidos orgánicos) ensayados en estos términos mostraban una conductividad térmica pobre, del mismo orden de magnitud que la de la mayoría de polímeros.

La seda de araña, sin embargo, es un material biológico que sobresale de entre el resto de materiales similares:  está formada principalmente por una proteína llamada fibroína, soluble al agua, que se polimeriza al contacto con el aire.  Una fibra de seda de araña es mucho más resistente que un cable de acero de similar grosor (alrededor de 4 micras, 15 veces menos que un cabello humano), y también mucho más elástica, lo que le permite absorber una gran cantidad de energía sin llegar a romperse.

Wang tuvo la intuición de que las propiedades térmicas de la seda de araña podían también ofrecer resultados sorprendentes. Es por esto que puso a trabajar a ocho “Nephila clavipes”, de la familia de los araneidos, en su invernadero de la Iowa State.

Wang y su equipo de investigación, formado por Huang Xiaopeng, investigador post-doctorado en ingeniería mecánica, y Guoqing Liu, estudiante de doctorado en ingeniería mecánica, constataron que la seda de araña – en particular las fibras que mantienen la red anclada – conduce el calor mejor que la mayoría de materiales, incluídos muchos de los mejores conductores (como el silicio, el aluminio o el hierro puro). El valor de conductividad térmica (λ) registrado fue de 416 W/(K·m). El del cobre, por ejemplo, es de 401 W/(K·m)

Si comparamos estos resultados con otros materiales biológicos, observamos que esta seda de araña conduce el calor 1.000 veces mejor que la seda del gusano de seda y 800 veces mejor que otros tejidos orgánicos.

No es el único fenómeno sorprendente que se ha observado: además, la conductividad térmica de la seda aumenta cuando se estira la fibra. Según los estudios de Wang, una elongación del 20% produce así mismo un aumento de λ de un 20%. La mayoría de materiales pierden conductividad térmica cuando se estiran.

La respuesta a todas estas propiedades la encontramos en la estructura molecular de la seda de araña, libre de defectos, así como en las proteínas y las estructuras que las mantienen unidas. Para Wang, sin embargo, será necesario realizar posteriores investigaciones para comprender completamente las propiedades térmicas de la seda de araña. Esto deja la puerta abierta a futuros disipadores de calor flexibles para componentes electrónicos, tejidos para climas cálidos, vendajes que no acumulen calor y muchas otras posibles aplicaciones.

“He estudiado el transporte térmico durante años”, declaró Wang. “Lo que estoy haciendo ahora mismo es lo más emocionante.” Su artículo sobre este descubrimiento – “New Secrets of Spider Silk: Exceptionally High Thermal Conductivity and Its Abnormal Change under Stretching” – acaba de ser publicado por la revista Advanced Materials.

Via | Iowa State University

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