Los investigadores de la Escuela Cockrell de Ingeniería de la Universidad de Texas en Austin han inventado un nuevo material flexible inteligente para ventana que, cuando se incorpora en ventanas, techos solares, o superficies de cristal incluso curvas, tendrá la capacidad de controlar el calor y la luz del sol. Su artículo sobre el nuevo material será publicado en la edición de septiembre de Nature Materials.
Delia Milliron, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Química McKetta, y su equipo de avance es un nuevo proceso de baja temperatura para revestir el nuevo material inteligente en el plástico, lo que hace que sea más fácil y más barato de aplicar que los recubrimientos convencionales hechas directamente sobre el cristal sí mismo.
El equipo demostró un dispositivo electrocrómico flexible, lo que significa una pequeña carga eléctrica (alrededor de 4 voltios) puede aclarar u oscurecer el material y controlar la transmisión de la radiación del infrarrojo cercano que produce calor. Tales ventanas inteligentes están dirigidas a ahorrar en las facturas de refrigeración y calefacción para hogares y negocios.
El equipo de investigación es una colaboración internacional, incluyendo científicos de la European Synchrotron Radiation Facility y el CNRS en Francia, y Ikerbasque en España. Los investigadores de la Facultad de Ciencias Naturales de UT Austin presentó el trabajo teórico clave.
Milliron y el proceso de baja temperatura de su equipo genera un material con una nanoestructura única, que duplica la eficiencia del proceso de coloración en comparación con un revestimiento producido por un proceso de alta temperatura convencional. Se puede cambiar entre incoloros y de colores más rápidamente, usando menos energía.
El nuevo material electrocrómico, al igual que su contraparte procesado de alta temperatura, tiene una estructura amorfa, lo que significa que los átomos carecen de cualquier organización de largo alcance como se encontraría en un cristal. Sin embargo, el nuevo procedimiento proporciona una disposición local única de los átomos en una estructura de tipo cadena lineal. Mientras que los materiales amorfos convencionales producidos a alta temperatura tienen una estructura más densa tridimensionalmente en condiciones de servidumbre, el nuevo material linealmente estructurado de los investigadores, hecha de óxido de niobio condensada químicamente, permite que los iones fluyan dentro y fuera con mayor libertad. Como resultado, es dos veces tan eficiente como el material de la ventana inteligente convencionalmente procesado energía.
En el centro de estudio del equipo es su rara visión de la estructura a escala atómica de los materiales amorfos, cuyas estructuras desordenadas son difíciles de caracterizar.Debido a que hay pocas técnicas para la caracterización de la estructura a escala atómica suficiente como para comprender las propiedades, ha sido difícil de diseñar materiales amorfos para mejorar su rendimiento.Un modelo estructural lineal de óxido de niobio condensada químicamente determinado por enfoque experimental y teórica combinada (bolas verdes representan Nb, mientras que las bolas rojas representan O). Crédito: Escuela Cockrell de Ingeniería
"Hay relativamente poca penetración en los materiales amorfos y cómo sus propiedades se ven afectados por la estructura local", dijo Milliron. "Sin embargo, hemos sido capaces de caracterizar con suficiente especificidad lo que es la disposición local de los átomos, de modo que arroja luz sobre las diferencias en las propiedades de una manera racional."
Graeme Henkelman, un co-autor del artículo y profesor de química en la Facultad de Ciencias Naturales de Texas en Austin, explica que la determinación de la estructura atómica de los materiales amorfos es mucho más difícil que para los materiales cristalinos, que tienen una estructura ordenada. En este caso, los investigadores fueron capaces de utilizar una combinación de técnicas y mediciones para determinar un atómica estructura que es consistente tanto en el experimento y la teoría.
"Estos esfuerzos de colaboración que combinan técnicas complementarias son, en mi opinión, la clave para el diseño racional de nuevos materiales", dijo Henkelman.
Milliron cree que el conocimiento adquirido aquí podría inspirar ingeniería deliberada de materiales amorfos para otras aplicaciones tales como supercondensadores que almacenan y liberan energía eléctrica rápida y eficiente.
El próximo desafío para el laboratorio Milliron es el desarrollo de un material flexible, utilizando su proceso de baja temperatura que cumpla o exceda el mejor rendimiento de los materiales electrocrómicos obtenidos mediante otros tratamientos de alta temperatura convencional.
"Queremos ver si podemos casarse con el mejor rendimiento con esta nueva estrategia de procesamiento de baja temperatura", dijo.
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