Los investigadores han demostrado prototipos de ventanas que cambian de reflectantes a transparentes con la simple adición de un líquido. Las nuevas ventanas intercambiables son fáciles de fabricar y algún día podrían mantener frescos los autos estacionados al sol o hacer que los edificios de oficinas sean más eficientes energéticamente. La tecnología también se puede utilizar para fabricar paneles de techo que mantengan las casas frescas en verano y cálidas en invierno.

Aunque el vidrio que usa un voltaje aplicado para cambiar de transparente a un estado opaco o teñido está disponible comercialmente, su alto costo, alrededor de $ 100 por pie cuadrado, ha obstaculizado su uso generalizado.

"Esperamos que nuestro vidrio inteligente cueste una décima parte de lo que cuesta el vidrio inteligente actual porque nuestra versión se puede fabricar con los mismos métodos que se utilizan para fabricar muchas piezas de plástico y no requiere una tecnología electroóptica complicada para cambiar". "dijo Keith Goossen, quien dirigió el equipo de investigación con Daniel Wolf de la Universidad de Delaware.

Las nuevas ventanas inteligentes contienen un panel de plástico con un patrón de estructuras que es retrorreflectante. Esto significa que en lugar de reflejar la luz en todas direcciones como un espejo, refleja la luz en la dirección de la que proviene como un reflector de bicicleta.

En la revista The Optical Society (OSA) Óptica Express , los investigadores demuestran un prototipo del nuevo vidrio inteligente que consiste en un panel de plástico impreso en 3D cubierto por una cámara delgada. Cuando la cámara se llena con el salicilato de metilo fluido, que coincide con las propiedades ópticas del plástico, las estructuras retrorreflectantes se vuelven transparentes.

"Aunque tuvimos que desarrollar nuevas formas de procesar plásticos imprimibles en 3D con un buen rendimiento óptico, Desarrollar fluidos económicos de ajuste de índice de refracción y crear estructuras ópticas altamente reflectantes. la innovación aquí radica principalmente en reconocer que un concepto tan simple podría funcionar, "dijo Goossen.

Manteniendo los autos frescos

Una de las aplicaciones más prometedoras para el nuevo vidrio conmutable puede ser en automóviles, donde podría usarse para cambiar el parabrisas a un estado reflectante cuando el automóvil está estacionado al sol.

"No se puede usar el vidrio intercambiable disponible comercialmente para esta aplicación porque en el estado oscuro el parabrisas aún absorbe la luz solar y se calienta, ", dijo Goossen." Debido a que nuestro vidrio es retrorreflectante en el estado no transparente, casi toda la luz se refleja, guardando el vaso, y así el coche, de calentarse ".

El hecho de que el vidrio sea retrorreflectante significa que si se usara en el exterior de un rascacielos, por ejemplo, dirigiría la luz hacia el sol en lugar de hacia la calle. Esto reduce la contribución del edificio al calentamiento de la ciudad, que es un problema en muchas áreas urbanas.

Los investigadores también han demostrado que los paneles retrorreflectantes de plástico se pueden utilizar como una estructura de techo conmutable de bajo costo que reduce los costos de calefacción y refrigeración. En lugares cálidos y soleados durante todo el año, Se ha demostrado que los materiales para techos blancos reducen los costos de enfriamiento al reflejar la luz solar. Sin embargo, en zonas con inviernos fríos, estos techos blancos se suman prohibitivamente a los costos de calefacción en el invierno.

"Aquí en Delaware, le gustaría tener un techo blanco en el verano para mantener la casa fresca y un techo oscuro en el invierno para absorber la luz solar y ayudar a reducir los costos de calefacción, ", dijo Goossen." Para techos inteligentes, nuestra nueva tecnología ofrece un tipo de techo frío más eficaz porque es retrorreflectante y al mismo tiempo permite que el techo cambie a la oscuridad en el invierno ".

Para aplicaciones de techado, una capa de material colocada debajo de los paneles se utiliza para absorber la luz cuando los paneles están en su estado transparente. Esto ayuda a mantener la casa más cálida cuando las temperaturas exteriores son frías. Aunque el salicilato de metilo utilizado en el prototipo podría congelarse en climas muy fríos (menos de 16 grados Fahrenheit), Se podrían desarrollar fluidos resistentes a la congelación.

Impresión 3D del prototipo

Para hacer el nuevo vidrio intercambiable, Los investigadores comenzaron utilizando la impresión 3D para hacer paneles de plástico con estructuras retrorreflectantes repetidas de varios tamaños para realizar pruebas. Utilizaron un material transparente imprimible en 3D disponible comercialmente y desarrollaron pasos de posprocesamiento para garantizar que el plástico permaneciera altamente transparente después de la impresión y exhibiera esquinas muy precisas. que eran importantes para lograr la retrorreflexión.

"Sin impresión 3D, hubiéramos tenido que usar una tecnología de moldeo, que requiere construir un molde diferente para cada estructura diferente, ", dijo Goossen." Con la impresión 3D, fácilmente podríamos hacer cualquier estructura que quisiéramos y luego realizar experimentos para ver cómo funcionaba. Para la producción comercial, podemos utilizar moldeo por inyección estándar para fabricar los paneles retrorreflectantes de forma económica ".

Una vez que los investigadores determinaron el tamaño óptimo para usar en las estructuras repetidas, realizaron pruebas ópticas para determinar si características como la rugosidad de la superficie o la absorción de luz del material causarían problemas ópticos inesperados. Estas pruebas ópticas mostraron que las estructuras funcionaban exactamente como lo indicaban las simulaciones ópticas.

"En tono rimbombante, También demostramos que el dispositivo puede sufrir miles de ciclos de transparente a reflectante sin ninguna degradación, "dijo Goossen. Lo hicieron, sin embargo, descubre que algo de líquido permanece en la estructura en lugar de drenar. Para resolver este problema, los investigadores están desarrollando recubrimientos que ayudarán a que el líquido drene el plástico sin dejar ningún residuo.

"Para demostrar aún más la utilidad de la tecnología como vidrio intercambiable, estamos construyendo una puerta de oficina que incorpora el nuevo vidrio inteligente como panel de privacidad conmutable, ", dijo Goossen." Estos tipos de paneles se fabrican actualmente con tecnología mucho más cara. Esperamos que nuestro enfoque pueda ampliar esta y otras aplicaciones del vidrio inteligente ".