Científicos de las facultades de Ciencias Químicas y Ciencias Físico Matemáticas de la Universidad Autónoma de Coahuila (Uadec, México) proponen innovar la tecnología de ventanas inteligentes mediante el uso de materiales electrocrómicos —que al cambiar de color reflejan parte de la radiación solar— y acentúan sus propiedades ópticas y electroquímicas.

El desarrollo de las ventanas inteligentes busca mantener una combinación entre el confort y una luminosidad adecuada en el interior de edificios, casa-habitación, entre otras, utilizando materiales electrocrómicos y lograr importantes ahorros energéticos en aparatos de control climático. “El principal motivo de una ventana inteligente es hacer más eficiente los aparatos de control climático, en este caso aires acondicionados, ya que gran parte de la radiación térmica solar, así como luminosa, no penetra a través de tales dispositivos como ocurre en el caso de las ventanas convencionales de vidrio, por lo que los aires acondicionados requieren menor demanda energética para mantener una temperatura adecuada dentro de la habitación”, explicó el doctor Marco Antonio García Lobato, profesor investigador titular C del Departamento de Materiales Cerámicos de la Facultad de Ciencias Químicas de la Uadec.

El electrocromismo es una propiedad que tienen ciertos materiales para cambiar de color cuando se les aplica una pequeña carga eléctrica, los investigadores buscan optimizar esta propiedad a través del uso de diversos materiales en los vidrios que se usan en las ventanas inteligentes. “Una ventana inteligente es un dispositivo en forma de un sándwich compuesto de dos capas electrocrómicas depositadas separadamente sobre un sustrato conductor transparente. Una de las capas electrocrómicas es catódica, mientras que la otra es anódica y ambas están separadas por un conductor iónico”, precisó el doctor García Lobato.

Ahorro energético

El científico señaló que estas ventanas bloquean gran parte de la radiación, reflejándola hacia afuera, lo que permite que el interior de una habitación no sea impactada por tales ondas de calor provenientes del sol, haciendo más eficiente el uso de aparatos de control climático. “Estamos trabajando en materiales electrocrómicos anódicos, que es una parte de todo el dispositivo, y estos están basados en óxido de níquel (NiO) dopado con otros elementos para aumentar la eficiencia de coloración y mejorar otras propiedades, como el tiempo de respuesta óptica del material”, precisó el investigador. Además del proceso de aclarar–oscurecer el vidrio, los especialistas trabajan otros parámetros para alcanzar un buen nivel de oscurecimiento y obtener un ahorro de energía.

“En este proyecto desarrollamos recubrimientos sobre vidrio y algunos otros sustratos transparentes, que al momento de estar incorporados al sustrato y aplicar una diferencia de potencial de corriente directa como el de una batería, estos pueden cambiar su tonalidad y, en términos de la física, su absorción óptica; es decir, cambian su coloración para que no permitan el paso de la luz”, detalló el doctor Carlos Eduardo Rodríguez García, profesor investigador de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas de la Uadec y colaborador del proyecto.

El científico Rodríguez García comentó que se busca desarrollar un dispositivo hecho en la Uadec que opere a voltajes que sean estándar a nivel mundial en relación con los que existen actualmente. “Mi participación específicamente ha sido por medio de la caracterización de la perfilometría que es tener un depósito, sustrato, una película depositada en vidrio o en algún otro sustrato, y vemos el espesor, medimos con un aparato llamado perfilómetro y después hay un procesado para estimar el promedio del grosor de la película. De esta manera, podemos predecir el nivel de la coloración con respecto al espesor”, indicó el científico. El investigador añadió que también se busca encontrar materiales para producir otros tipos de tonalidades, como el rojo, y que sean más económicos.

Ventanas de oportunidades

A pesar de que los científicos de la Uadec desarrollan el proyecto enfocados en ventanas inteligentes, destacan que existen otras aplicaciones potenciales para esta investigación. “Este proyecto lo considero importante porque está encaminado a un ahorro energético, quizá si lo vemos desde el punto de vista de energía como tal, veo dos vertientes.

Una de ellas es el aprovechamiento de energía solar para obtener energía eléctrica, el otro es para hacer más eficiente, disminuir o ahorrar el consumo de energía”, mencionó el doctor García Lobato. De acuerdo con los especialistas, las propiedades de estos materiales que reaccionan a estímulos externos con poco voltaje otorgan la posibilidad de tener otro tipo de aplicaciones. “Uno puede decir que solo son ventanas, pero también se usan para otros fines. Por ejemplo, algunos retrovisores que ya se utilizan en algunos automóviles ante luces altas, el dispositivo se oscurece ligeramente y la reflexión disminuye en gran medida; también en las ventanas de los autos, en algunos aviones y en la detección de algunos gases”, precisó el científico García Lobato.

Hasta el momento, los investigadores han logrado mejorar el proceso de aclaramiento–oscurecimiento, mediante la introducción de ciertos elementos en el óxido de níquel, aumentando el tiempo de vida del material. “Falta hacer todavía algunas pruebas, queremos meter otros elementos que den mayor durabilidad al material, ya que el óxido de níquel tiene, en ese aspecto, ciertas desventajas; en cuestión cíclica después de 400 a 500 veces que oscurece–aclara el vidrio, la transparencia en el estado claro disminuye”, subrayó el investigador García Lobato.

A futuro, los científicos buscarán aumentar el tiempo de vida de los materiales electrocrómicos, estudiar otras de sus propiedades, optimizando las técnicas de preparación utilizadas. El doctor García Lobato aclara que este tipo de investigación no es sencillo, pero que continuarán trabajando en las ventanas inteligentes y sus diferentes áreas de oportunidad.

“La investigación de los electrocrómicos no es sencilla, sobre todo basado en estos cerámicos, pero en el futuro lo que queremos es tener un material que compita con los polímeros, principalmente en cuestiones como velocidad de respuesta y durabilidad cíclica, que requiera menor cantidad de carga para poder alcanzar buenos cambios ópticos, esa es la intención”. Los especialistas invitan a investigadores y estudiantes de licenciatura y posgrado, interesados en este tema, a contactarlos y buscar colaboración en el desarrollo de este proyecto.