Las ventanas inteligentes que cambian de color automáticamente según la intensidad de la luz solar están ganando atención, ya que pueden reducir las facturas de energía al bloquear los rayos visibles del sol durante el verano. Pero, ¿qué pasa con las ventanas que cambian de color dependiendo de la humedad exterior durante la temporada de monzones o en los días calurosos del verano?

Recientemente, un equipo de investigación coreano ha desarrollado la tecnología de origen para ventanas inteligentes que cambian de color según la cantidad de humedad, sin necesidad de luz.

El equipo de investigación conjunto compuesto por el profesor Junsuk Rho de los departamentos de ingeniería mecánica y química, Jaehyuck Jang y Aizhan Ismukhanova del departamento de ingeniería química de POSTECH, y el profesor Inkyu Park del departamento de ingeniería mecánica de KAIST. Juntos, desarrollaron con éxito un filtro de color variable usando una estructura de resonador de metal-hidrogel-metal usando un hidrogel a base de quitosano y lo combinaron con células solares para hacer un sensor de humedad autoalimentado. Estos resultados de la investigación se publicaron como artículo de portada en la última edición de Materiales ópticos avanzados , revista especializada en nanociencia y óptica.

Los sensores que utilizan luz ya se utilizan ampliamente en nuestra vida diaria para medir el ECG, calidad del aire, o distancia, por ejemplo. El principio básico es utilizar la luz para detectar cambios en el entorno y convertirlos en señales digitales.

La interferencia Fabri-Pero es uno de los fenómenos de resonancia que se puede aplicar en los sensores ópticos y se puede materializar en forma de películas delgadas multicapa de metal-dieléctrico-metal. Se sabe que la longitud de onda de resonancia de la luz transmitida se puede controlar de acuerdo con el grosor y el índice de refracción de la capa dieléctrica. Sin embargo, los resonadores de metal-dieléctrico-metal existentes tienen una gran desventaja al no poder controlar las longitudes de onda de la luz transmitida una vez que se fabrican, dificultando su uso en sensores variables.

El equipo de investigación descubrió que cuando el hidrogel de quitosano se convierte en la estructura de metal-hidrogel-metal, la longitud de onda de resonancia de la luz transmitida cambia en tiempo real dependiendo de la humedad del ambiente. Esto se debe a que el hidrogel de quitosano repite la expansión y la contracción a medida que cambia la humedad a su alrededor.

Usando este mecanismo, el equipo desarrolló un sensor de humedad que puede convertir la energía de la luz en electricidad combinando una batería solar con un filtro de longitud de onda variable de agua hecho de un metamterial estructurado de metal-hidrogel-metal que cambia la longitud de onda de resonancia dependiendo de la humedad externa.

El principio de diseño es superponer la longitud de onda de resonancia del filtro con la longitud de onda donde la absorción de las células solares cambia rápidamente. Este filtro está diseñado para cambiar la cantidad de absorción de luz de las células solares dependiendo de la cantidad de humedad, y provocar cambios eléctricos que, en última instancia, detecten la humedad circundante.

A diferencia de los sensores ópticos de humedad convencionales, Estos recién desarrollados funcionan independientemente del tipo de luz, si es natural, LED o interior. También, no solo funciona sin alimentación externa, pero también puede predecir la humedad según el color del filtro.

El profesor Junsuk Rho, que dirigió la investigación, comentó:"Esta tecnología es una tecnología de detección que se puede utilizar en lugares como reactores de energía nuclear donde las personas y la electricidad no pueden llegar". Él agregó, "Creará una sinergia aún mayor si se combina con tecnología IoT, como sensores de humedad que se activan o ventanas inteligentes que cambian de color según el nivel de humedad externa".