Científicos de Rice desarrollan nueva ventana que se vuelve menos transparente a medida que el día se vuelve más cálido, manteniendo los interiores frescos sin consumir energía

El material termocrómico podría hacer que el control de la temperatura interior sea más eficiente energéticamente.

Los investigadores de la Universidad Rice han desarrollado un material inteligente que ajusta su transparencia a los cambios de temperatura, superando a materiales similares en términos de durabilidad, transparencia y capacidad de respuesta. La nueva mezcla de polímeros podría mejorar significativamente la eficiencia energética para la refrigeración de espacios interiores, según un nuevo estudio publicado en Joule.

Refrescarse puede ser una cuestión de vida o muerte , pero el aire acondicionado, cuando está disponible , ya representa el 7% del consumo energético mundial y el 3% de las emisiones de carbono. Con temperaturas que alcanzan máximos históricos y olas de calor cada vez más frecuentes en todo el mundo, la necesidad de encontrar formas más eficientes de mantener bajo control las temperaturas interiores también se ha vuelto más urgente.

Una forma de mitigar el problema consiste en recubrir las ventanas con materiales que impidan el paso del calor y, al mismo tiempo, permitan el paso de la luz. Uno de estos tipos de materiales son los termocrómicos, pero las variedades existentes todavía son demasiado caras y duran poco como para que sean una opción viable para su uso en edificios, vehículos y cualquier otro lugar donde se necesiten.

El nuevo sistema de mezcla de polímeros salados desarrollado por los ingenieros de Rice en el Laboratorio de Nanomateriales dirigido por Pulickel Ajayan supera estos desafíos, permitiendo potencialmente la implementación a gran escala de termocrómicos como una tecnología de enfriamiento de espacios interiores energéticamente eficiente.

“Imagínese una ventana que se vuelve menos transparente a medida que el día se vuelve más cálido, manteniendo los interiores frescos sin consumir energía”, dijo Sreehari Saju , estudiante de doctorado en ciencias de los materiales y nanoingeniería en Rice, quien es coautor principal del estudio. “Nuestra fórmula aprovecha componentes orgánicos e inorgánicos para superar las limitaciones de los materiales termocrómicos existentes, como la corta vida útil y los altos costos.«

“Además, la respuesta térmica de este material se adapta bien a las demandas ambientales del mundo real. Creemos que las ventanas inteligentes fabricadas con este material podrían reducir significativamente el consumo de energía en los edificios, lo que tendría un impacto tangible tanto en los costos de energía como en la huella de carbono”.

Los investigadores combinaron métodos experimentales con simulaciones computacionales para comprender el comportamiento del material en diferentes entornos ambientales y arquitectónicos. Por ejemplo, evaluaron cómo se comportaría el material en áreas urbanas específicas de todo el mundo para tener una idea de su impacto potencial cuando se implemente a gran escala.

“Nuestro enfoque fue único porque requirió un equilibrio preciso de materiales y técnicas que no se habían explorado previamente en esta combinación, lo que ofrece una nueva vía para desarrollar materiales inteligentes”, dijo Anand Puthirath , científico investigador del grupo de investigación de Ajayan y coautor principal del estudio. “Realizamos experimentos exhaustivos para caracterizar las propiedades del material, así como pruebas de estabilidad ambiental y durabilidad, lo que demuestra que nuestra mezcla puede superar a los termocrómicos existentes”.

Los investigadores sintetizaron el material mezclando dos polímeros con un tipo de sal y trabajaron en la optimización de la composición para lograr transiciones suaves entre estados transparentes y opacos con las fluctuaciones de temperatura. Sus hallazgos muestran que la nueva mezcla termocrómica no solo es muy eficaz para regular la radiación solar, sino que también es notablemente duradera, con una vida útil estimada de 60 años.

“Los resultados de esta investigación establecen nuevos puntos de referencia en cuanto a la durabilidad y el rendimiento de los termocrómicos, y en particular en cuanto a un sistema simple y prácticamente viable”, afirmó Ajayan, autor correspondiente del estudio y profesor de Ingeniería Benjamin M. y Mary Greenwood Anderson de Rice y catedrático y director del departamento de ciencia de los materiales y nanoingeniería. “Nuestro trabajo aborda un desafío crítico en la arquitectura sustentable, ofreciendo una solución práctica y escalable para mejorar la eficiencia energética en los edificios”.

Vía rice.edu