Los nanocristales de óxido de indio y estaño (que se muestran aquí en azul) incrustados en una matriz vítrea de óxido de niobio (verde) forman un material compuesto que puede cambiar entre los estados de transmisión de NIR y de bloqueo de NIR con una pequeña sacudida de electricidad. Una interacción sinérgica en la región donde la matriz vítrea se encuentra con el nanocristal aumenta la potencia del efecto electrocrómico. Crédito:Berkeley Lab
Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía de EE. UU. Han diseñado un nuevo material para hacer que las ventanas inteligentes sean aún más inteligentes. El material es una fina capa de nanocristales incrustados en vidrio que puede modificar dinámicamente la luz solar cuando pasa a través de una ventana. A diferencia de las tecnologías existentes, el recubrimiento proporciona un control selectivo sobre la luz visible y la luz del infrarrojo cercano (NIR) que produce calor, para que las ventanas puedan maximizar tanto el ahorro de energía como la comodidad de los ocupantes en una amplia gama de climas.
"En los EE.UU, gastamos aproximadamente una cuarta parte de nuestra energía total en iluminación, calentar y enfriar nuestros edificios, "dice Delia Milliron, químico de Molecular Foundry de Berkeley Lab que dirigió esta investigación. "Cuando se utiliza como revestimiento de ventana, nuestro nuevo material puede tener un gran impacto en la eficiencia energética de los edificios ".
Milliron es el autor correspondiente de un artículo que describe los resultados de la revista. Naturaleza . El papel se titula, "Transmitancia de luz visible y del infrarrojo cercano sintonizable en compuestos de nanocristales en vidrio, "en coautoría con Anna Llordés, Guillermo García, y Jaume Gazquez.
El grupo de investigación de Milliron ya es bien conocido por su tecnología de ventana inteligente que bloquea NIR sin bloquear la luz visible. La tecnología depende de un efecto electrocrómico, donde una pequeña sacudida de electricidad cambia el material entre los estados de transmisión NIR y bloqueo NIR. Este nuevo trabajo lleva su enfoque al siguiente nivel al proporcionar un control independiente sobre la luz visible y NIR. La innovación fue reconocida recientemente con un premio R&D 100 Award 2013 y los investigadores se encuentran en las primeras etapas de la comercialización de su tecnología.
Se ha desarrollado un material electrocrómico de doble banda uniendo nanocristales de óxido de indio dopados con estaño a una matriz de óxido de niobio amorfo. Estas películas transparentes son capaces de bloquear la radiación solar de forma controlada, permitiendo que la luz del día y el calor solar sean modulados de forma selectiva y dinámica a través de las ventanas. Crédito:Anna Llordés, Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
El control independiente de la luz NIR significa que los ocupantes pueden tener iluminación natural en el interior sin ganancia térmica no deseada. reduciendo la necesidad de aire acondicionado e iluminación artificial. La misma ventana también se puede cambiar a un modo oscuro, bloqueando tanto la luz como el calor, o a un brillante, modo totalmente transparente.
"Estamos muy entusiasmados con la combinación de la función óptica única con la técnica de procesamiento de bajo costo y respetuosa con el medio ambiente, dijo Llordés, un científico del proyecto que trabaja con Milliron. "Eso es lo que convierte este concepto de 'ventana inteligente universal' en una tecnología competitiva prometedora".
En el corazón de su tecnología se encuentra un nuevo material electrocrómico de "diseñador", hecho de nanocristales de óxido de indio y estaño incrustados en una matriz vítrea de óxido de niobio. El material compuesto resultante combina dos funcionalidades distintas:una proporciona control sobre la luz visible y la otra, control sobre NIR, pero es más que la suma de sus partes. Los investigadores encontraron una interacción sinérgica en la pequeña región donde la matriz vítrea se encuentra con el nanocristal que aumenta la potencia del efecto electrocrómico. lo que significa que pueden usar recubrimientos más delgados sin comprometer el rendimiento. La clave es que la forma en que los átomos se conectan a través de la interfaz de nanocristales-vidrio provoca una reordenación estructural en la matriz de vidrio.
La interacción abre espacio dentro del vidrio, permitiendo que la carga entre y salga más fácilmente. Más allá de las ventanas electrocrómicas, este descubrimiento sugiere nuevas oportunidades para los materiales de las baterías donde el transporte de iones a través de electrodos puede ser un desafío.
Se ha desarrollado un material electrocrómico de doble banda uniendo nanocristales de óxido de indio dopados con estaño a una matriz de óxido de niobio amorfo. Estas películas de nanocompuestos pueden bloquear selectivamente la luz visible e infrarroja cercana, permitiendo el ahorro de energía en los edificios controlando dinámicamente la luz del día y el calor solar a través de las ventanas. Crédito:Anna Llordés, Delia Milliron y Creative Services, Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
"Desde la perspectiva del diseño de materiales, hemos demostrado que puede combinar materiales muy diferentes para crear nuevas propiedades que no son accesibles en un material homogéneo de una sola fase, ya sea amorfo o cristalino, tomando nanocristales y poniéndolos en vidrio, "dice Milliron.
Pero para Milliron, el viaje de investigación es incluso más satisfactorio que el descubrimiento científico básico o los avances tecnológicos por sí solos.
"La parte más emocionante ha sido llevar este proyecto desde la síntesis de un nuevo material, para entenderlo con gran detalle, y finalmente a la realización de una funcionalidad completamente nueva que puede tener un gran impacto en la tecnología, "dice Milliron." Llevar un proyecto de desarrollo de materiales hasta el final de ese proceso es realmente notable. Realmente habla de lo que podemos hacer en Berkeley Lab, donde tiene acceso no solo a las instalaciones científicas, sino también a personas que pueden informar su perspectiva ".
