"Lentes inteligentes, "un producto de eficiencia energética que se encuentra en las ventanas más nuevas de los automóviles, edificios y aviones, cambia lentamente entre transparente y teñido con solo tocar un interruptor.

"Lentamente" es la palabra operativa; El vidrio inteligente típico tarda varios minutos en alcanzar su estado oscurecido. y muchos ciclos entre la luz y la oscuridad tienden a degradar la calidad del tinte con el tiempo. Los químicos de la Universidad Estatal de Colorado han ideado una mejora potencialmente importante tanto en la velocidad como en la durabilidad del vidrio inteligente al proporcionar una mejor comprensión de cómo funciona el vidrio a nanoescala.

Ofrecen un diseño a nanoescala alternativo para vidrio inteligente en una nueva investigación publicada el 3 de junio en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . El proyecto comenzó como un ejercicio de redacción de subvenciones para el estudiante de posgrado y primer autor R. Colby Evans, cuya idea, y pasión por la química de los materiales que cambian de color, se convirtió en un experimento que involucró dos tipos de microscopía y que contó con varios colaboradores. Evans es asesorado por Justin Sambur, profesor asistente en el Departamento de Química, quién es el autor principal del artículo.

El vidrio inteligente que estudiaron Evans y sus colegas es "electrocrómico, "que funciona mediante el uso de un voltaje para impulsar iones de litio dentro y fuera de la delgada, películas transparentes de un material llamado óxido de tungsteno. "Puedes pensar en ella como una batería a través de la cual puedes ver, Evans dijo. Los paneles de vidrio inteligentes típicos de óxido de tungsteno tardan entre 7 y 12 minutos en hacer la transición entre transparentes y tintados.

Las nanopartículas se tiñen más rápido

Los investigadores estudiaron específicamente nanopartículas de óxido de tungsteno electrocrómicas, que son 100 veces más pequeños que el ancho de un cabello humano. Sus experimentos revelaron que las nanopartículas individuales, por ellos mismos, tinte cuatro veces más rápido que las películas de las mismas nanopartículas. Eso es porque las interfaces entre nanopartículas atrapan iones de litio, ralentizar el comportamiento del teñido. Tiempo extraordinario, estas trampas de iones también degradan el rendimiento del material.

Para respaldar sus afirmaciones, los investigadores utilizaron microscopía de transmisión de campo brillante para observar cómo las nanopartículas de óxido de tungsteno absorben y dispersan la luz. Haciendo una muestra de "vidrio inteligente, "Variaron la cantidad de material de nanopartículas que colocaron en sus muestras y observaron cómo cambiaban los comportamientos de tinción a medida que más y más nanopartículas entraban en contacto entre sí. Luego utilizaron microscopía electrónica de barrido para obtener imágenes de mayor resolución de la longitud, ancho y espaciamiento de las nanopartículas, para que pudieran decir, por ejemplo, cuántas partículas se agruparon juntas, y cuántos se separaron.

Basado en sus hallazgos experimentales, los autores propusieron que el rendimiento del vidrio inteligente podría mejorarse haciendo un material a base de nanopartículas con partículas espaciadas de manera óptima, para evitar interfaces de atrapamiento de iones.

Otras aplicaciones

Su técnica de imagen ofrece un nuevo método para correlacionar la estructura de las nanopartículas y las propiedades electrocrómicas; La mejora del rendimiento de la ventana inteligente es solo una aplicación que podría resultar. Su enfoque también podría orientar la investigación aplicada en baterías, celdas de combustible, condensadores y sensores.

"Gracias al trabajo de Colby, hemos desarrollado una nueva forma de estudiar las reacciones químicas en nanopartículas, y espero que aprovechemos esta nueva herramienta para estudiar los procesos subyacentes en una amplia gama de tecnologías energéticas importantes, "Dijo Sambur.