Investigadores de la Universidad Rice han desarrollado un material inteligente que ajusta su transparencia con los cambios de temperatura, superando a materiales similares en términos de durabilidad, claridad y capacidad de respuesta. Según un nuevo estudio publicado en Joule, nuevas mezclas de polímeros pueden aumentar significativamente la eficiencia energética para la refrigeración de espacios interiores.
La refrigeración puede ser una cuestión de vida o muerte, pero el aire acondicionado (si está disponible) ya representa el 7% del uso de energía mundial y el 3% de las emisiones de carbono. Con las temperaturas globales alcanzando niveles récord y las olas de calor cada vez más frecuentes, la necesidad de encontrar formas más efectivas de controlar las temperaturas interiores se ha vuelto más urgente.
Una forma de mitigar el problema es cubrir las ventanas con materiales que mantengan el calor afuera y aún permitan el paso de la luz. Una de esas clases de materiales son los termocrómicos, pero las variedades existentes siguen siendo demasiado caras y de corta duración para convertirlos en una opción viable para su uso en edificios, vehículos y otros lugares.
Un nuevo sistema de mezcla de polímeros de sal desarrollado por ingenieros de RICE en el Laboratorio de Nanomateriales, dirigido por Pulikal Ajay, supera estos desafíos, permitiendo potencialmente el despliegue a gran escala de termocrómicos como una tecnología de refrigeración de espacios interiores energéticamente eficiente.
“Imagínese una ventana que se vuelve menos transparente a medida que el día se calienta, manteniendo el interior fresco sin gastar energía”, dijo Srihari Saju, estudiante de doctorado en ciencias de materiales y nanoingeniería en Rice y coautor principal del estudio. “Nuestra formulación utiliza materiales orgánicos e inorgánicos para superar las limitaciones de los materiales termocrómicos existentes, como su corta vida útil y su alto costo.
“Además, la respuesta térmica de este material coincide bien con las demandas medioambientales del mundo real. Creemos que las ventanas inteligentes fabricadas con este material pueden reducir significativamente el consumo de energía en los edificios, lo que puede tener un impacto real tanto en el consumo de energía como en la huella de carbono”.
Los investigadores han combinado métodos experimentales con simulaciones computacionales para comprender el comportamiento de los materiales en diversos entornos ambientales y arquitectónicos. Por ejemplo, evaluaron cómo se comportaría el material en áreas urbanas específicas de todo el mundo para tener una idea del impacto potencial de cómo se implementa a escala.
“Nuestro enfoque fue único porque requirió un equilibrio preciso de materiales y técnicas que no se habían explorado antes en esta combinación, ofreciendo una nueva vía para desarrollar materiales inteligentes”, dijo Anand Puthirath, científico investigador del Grupo de Investigación Ajayana y co- director del estudio. “Llevamos a cabo extensos experimentos para caracterizar las propiedades del material, así como pruebas de estabilidad ambiental y durabilidad, demostrando que nuestro compuesto puede superar a los termocrómicos existentes”.
Los investigadores sintetizaron el material mezclando dos polímeros con un tipo de sal y trabajaron para optimizar la composición para lograr una transición suave entre los estados transparentes y opacos con fluctuaciones de temperatura. Sus hallazgos muestran que el nuevo compuesto termocrómico no sólo es muy eficaz para controlar la radiación solar, sino también notablemente duradero, con una vida útil estimada de 60 años.
“Los resultados de este estudio establecen nuevos puntos de referencia en la estabilidad y el rendimiento de los termocrómicos, y en particular en un sistema simple y prácticamente viable”, dijo Ajayan, autor correspondiente del estudio y profesor de Ingeniería y Departamento Benjamin M. y Mary Greenwood Anderson de Rice. Silla. Ciencia de Materiales y Nanoingeniería. “Nuestro trabajo aborda un desafío importante en la arquitectura sostenible, proporcionando una solución práctica y escalable para aumentar la eficiencia energética en los edificios”.
El comportamiento termocrómico del material se estudió en colaboración con el profesor Yi Long y su estudiante de doctorado, Shancheng Wang, del Departamento de Ingeniería Electrónica de la Universidad China de Hong Kong, Sha Tin.