Los científicos han ilustrado un material de ventana dinámico de próxima generación, que permitiría a los ocupantes del edificio cambiar sus ventanas entre tres modos.
Crédito de la imagen: Michael
Estas ventanas tienen tres modos: ventanas transparentes o “normales”, ventanas que bloquean la luz infrarroja para mantener frescos los edificios y ventanas polarizadas que reducen el resplandor y al mismo tiempo le permiten ver el exterior.
Las ventanas dinámicas se basan en la electrocrómica, lo que implica cambios en su opacidad en reacción a un estímulo eléctrico, y no son una visión nueva. Sin embargo, hasta este momento, la mayoría de las ventanas dinámicas han sido claras u oscuras.
Nuestro trabajo demuestra que hay más opciones disponibles. Específicamente, mostramos que se puede permitir que la luz pase a través de las ventanas y al mismo tiempo ayudar a mantener los edificios más frescos y, por lo tanto, más eficientes energéticamente..
Veronica Augustyn, coautora del estudio y miembro distinguido de Jake y Jennifer Hooks, Ciencia e Ingeniería de Materiales, Universidad Estatal de Carolina del Norte
La clave para los materiales de ventanas altamente dinámicos es el agua.
Los científicos han descubierto que cuando el agua se une dentro de la estructura cristalina de un óxido de tungsteno (desarrollando hidrato de óxido de tungsteno), el material exhibe un comportamiento previamente desconocido.
Los óxidos de tungsteno se utilizan desde hace mucho tiempo en ventanas dinámicas. Generalmente esto se debe a que el óxido de tungsteno es transparente. Sin embargo, cuando se aplica una señal eléctrica e inyecta iones de litio y electrones en el material, el material se oscurece y bloquea la luz.
Ahora, los científicos han demostrado que es posible sintonizar eficientemente las longitudes de onda de la luz que se bloquean al inyectar iones de litio y electrones en un material relacionado conocido como hidrato de óxido de tungsteno.
Cuando se inyectan iones de litio y electrones en el material hidratado, primero pasa a la llamada fase de «bloqueo térmico», lo que permite el paso de longitudes de onda visibles de luz, pero obstaculiza la luz infrarroja.
Si se inyecta una mayor cantidad de iones de litio y electrones, el material pasa a una fase más oscura, obstruyendo las longitudes de onda de la luz infrarroja y visible.
La presencia de agua en la estructura cristalina hace que la estructura sea menos densa, por lo tanto, la estructura es más resistente a la deformación cuando se inyectan iones de litio y electrones en el material.. Nuestra hipótesis es que debido a que el hidrato de óxido de tungsteno puede acomodar más iones de litio que el óxido de tungsteno normal antes de deformarse, tendrá dos modos.
Jenelle Fortunato, primera autora del estudio y becaria postdoctoral, Universidad Estatal de Carolina del Norte
Fortunato agregó: “Existe un modo “frío” –cuando la inyección de iones de litio y electrones afecta las propiedades ópticas, pero el cambio estructural aún no se ha producido– que absorbe la luz infrarroja. Y luego, después de que se produce el cambio estructural, hay un modo «oscuro» que bloquea la luz visible e infrarroja..”
“El descubrimiento del control de luz de doble banda (infrarroja y visible) en un solo material que ya es bien conocido por la comunidad de ventanas inteligentes podría acelerar el desarrollo de productos comerciales con características mejoradas.”, dice Delia Milliron, coautora del artículo y Ernest Cockrell, catedrático número uno de ingeniería en la Universidad de Texas en Austin.
Millirón agregó: “En términos más generales, el papel imprevisto del agua estructural en la producción de distintas propiedades electroquímicas podría inspirar a la comunidad investigadora más allá de los desarrolladores de ventanas inteligentes, lo que conduciría a la innovación en materiales de conversión y almacenamiento de energía..”
El estudio fue coautor de Noah Holzapfel, investigador postdoctoral en Estado de Carolina del Norte; Matthew Chagnot, estudiante de doctorado en NC State; James Mitchell, recién graduado de doctorado en Carolina del Norte; Benjamin Zydlewski y Hsin-Che Lu de la Universidad de Texas en Austin; y Ming Lei y De-en Jiang de la Universidad de Vanderbilt.
El estudio se llevó a cabo con el apoyo financiero de la Fundación Nacional de Ciencias, bajo la subvención 1653827; la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. bajo la subvención DE-SC0023408; y la Welch Foundation, bajo la subvención F-1848.
Referencia de la revista
Fortunato, J., y otra. (2023) Electrocromismo de doble banda en óxido de tungsteno hidratado. Fotónica ACS. doi.org/10.1021/acsphotonics.3c00921.
Fuente: https://www.ncsu.edu/
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