Nuevo metamaterial más transparente que el vidrio, añade privacidad, enfría el interior de la habitación y se limpia automáticamente

Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) han presentado un material a base de polímeros con propiedades únicas, según el último número de la revista Nature Communications. Este material permite la entrada de luz solar, mantiene un clima interior más confortable sin energía adicional y se limpia a sí mismo como una hoja de loto. Este nuevo desarrollo podría reemplazar componentes de vidrio en paredes y techos en el futuro. El equipo de investigación ha probado con éxito el material en pruebas al aire libre en el campus del KIT.

Investigadores del KIT Desarrollan un Metamaterial Transparente para la Regulación Energética de Luz y Temperatura en Edificios

Maximizar la luz natural en los edificios es popular y puede ahorrar en costos de energía. Sin embargo, los techos y paredes de vidrio tradicionales presentan problemas como el deslumbramiento, la falta de privacidad y el sobrecalentamiento. Las soluciones alternativas, como los revestimientos y materiales difusores de luz, aún no han proporcionado un remedio integral.

Material con Múltiples Funciones

Investigadores del Instituto de Tecnología de Microestructura (IMT) y del Instituto de Tecnología de la Luz (LTI) del KIT han desarrollado un metamaterial novedoso a base de polímeros que combina diversas propiedades y podría reemplazar componentes de vidrio en la construcción en el futuro. Este Metamaterial Multifuncional Micro-Fotónico a base de Polímeros (PMMM) consiste en pirámides microscópicas hechas de silicona. Estas micropirámides miden aproximadamente diez micrómetros, lo que equivale a una décima parte del diámetro de un cabello. Este diseño otorga a la película PMMM varias funciones: difusión de luz, autolimpieza y enfriamiento radiativo mientras mantiene un alto nivel de transparencia.

Una característica clave es la capacidad de radiar eficientemente el calor a través de la ventana de transmisión de infrarrojo de onda larga de la atmósfera terrestre, liberando calor hacia la fría extensión del universo. Esto permite el enfriamiento radiativo pasivo sin consumo de electricidad.

Bryce S. Richards, profesor en IMT y LTI.

Enfriamiento, Transmisión de Luz y Sin Deslumbramiento

En el laboratorio y en experimentos al aire libre bajo condiciones reales, los investigadores probaron las propiedades del material y midieron su transmitancia de luz, dispersión de luz, propiedades de reflexión, capacidad de autolimpieza y rendimiento de enfriamiento utilizando espectrofotometría moderna. Los resultados: Las pruebas lograron un enfriamiento de 6 °C en comparación con la temperatura ambiente. Además, el material mostró una alta transmitancia espectral, o transparencia, del 95%. En comparación, el vidrio generalmente tiene una transparencia del 91%. Al mismo tiempo, la estructura de micropirámides dispersa el 73% de la luz solar entrante, resultando en una apariencia borrosa.

«Cuando el material se usa en techos y paredes, permite espacios interiores luminosos pero sin deslumbramiento y con privacidad protegida para el trabajo y la vida diaria. En invernaderos, la alta transmitancia de luz podría aumentar los rendimientos porque se estima que la eficiencia de la fotosíntesis es un 9% mayor que en invernaderos con techos de vidrio,» dice Richards.

Las micropirámides también otorgan a la película PMMM propiedades superhidrofóbicas, similares a una hoja de loto: el agua se forma en gotas y elimina la suciedad y el polvo de la superficie. Esta función de autolimpieza hace que el material sea fácil de mantener y duradero.

Potencial para la Construcción y el Desarrollo Urbano

«Nuestro material recién desarrollado tiene el potencial de ser utilizado en diversas áreas y contribuye significativamente a una arquitectura sostenible y eficiente en términos de energía,» explica Richards. «El material puede optimizar simultáneamente el uso de la luz solar en interiores, proporcionar enfriamiento pasivo y reducir la dependencia del aire acondicionado. La solución es escalable y puede integrarse perfectamente en planes para la construcción de edificios y desarrollos urbanos respetuosos con el medio ambiente,» dice Huang.

El año pasado, el equipo de investigación de Karlsruhe ya ganó el primer lugar en el Public Choice Award del concurso Helmholtz Best Scientific Image.

Vía www.kit.edu