Las ventanas son esenciales para iluminar los espacios interiores con luz natural, pero también son una fuente de calor no deseado, especialmente en climas cálidos. En este contexto, un equipo de investigadores liderado por Tengfei Luo, Profesor Dorini Family para Estudios de Energía en la Universidad de Notre Dame, ha desarrollado un innovador recubrimiento para ventanas capaz de bloquear la luz ultravioleta e infrarroja, generadoras de calor, permitiendo al mismo tiempo el paso de la luz visible. Esta tecnología representa un avance significativo en la eficiencia energética, al reducir los costes de enfriamiento por aire acondicionado en más de un tercio en climas calurosos.
Un Recubrimiento que Respeta el Ángulo del Sol
El sol cambia su posición en el cielo a lo largo del día, lo que afecta el ángulo en el que sus rayos inciden sobre las ventanas. Los recubrimientos para ventanas disponibles hasta ahora están optimizados para la luz que entra en las habitaciones en un ángulo de 90 grados. Sin embargo, al mediodía, cuando el calor suele ser más intenso, los rayos del sol ingresan a las ventanas instaladas verticalmente en ángulos oblicuos. El recubrimiento desarrollado por Luo y su equipo se adapta a esta variabilidad, manteniendo su funcionalidad y eficiencia independientemente del ángulo de incidencia solar.
Innovación y Tecnología
Para crear este recubrimiento, Luo y Seongmin Kim, su asociado postdoctoral, apilaron capas ultrafinas de sílice, alúmina y óxido de titanio sobre una base de vidrio. A esta estructura se le añadió un polímero de silicio de un micrómetro de espesor para mejorar su capacidad de enfriamiento, reflejando la radiación térmica a través de la ventana atmosférica hacia el espacio exterior.
La optimización del orden de las capas era crucial para asegurar que el recubrimiento pudiera adaptarse a múltiples ángulos de la luz solar. Dado el inmenso número de combinaciones posibles, un enfoque de prueba y error no era práctico. Por ello, el equipo recurrió a la computación cuántica para configurar las capas en una disposición óptima. Este modelo fue validado experimentalmente y resultó en un recubrimiento que no solo mantiene la transparencia, sino que también reduce la temperatura en 5.4 a 7.2 grados Celsius en una habitación modelo, incluso cuando la luz se transmite en un amplio rango de ángulos.
Más Allá de las Ventanas
Al igual que las gafas de sol polarizadas, nuestro recubrimiento disminuye la intensidad de la luz entrante. Sin embargo, a diferencia de las gafas de sol, nuestro recubrimiento permanece claro y efectivo incluso cuando se inclina en diferentes ángulos.
Tengfei Luo
Este avance no solo es aplicable a las ventanas de edificios sino también a los vehículos, ofreciendo una solución práctica y efectiva para controlar el calor sin sacrificar la visibilidad.
La investigación, publicada en la revista Cell Reports Physical Science, no solo destaca por el desarrollo de este recubrimiento revolucionario sino también por la metodología utilizada. El esquema de aprendizaje activo y computación cuántica desarrollado para crear este recubrimiento puede ser utilizado en el diseño de una amplia gama de materiales con propiedades complejas, abriendo nuevas puertas en el campo de la ciencia de materiales y la ingeniería.
Vía nd.edu
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