Los colores de los objetos se originan por la reflexión de la luz en determinadas direcciones y la absorción de luz no deseada, lo que produce un calentamiento considerable. Todo lo hemos podido comprobar como en un día caluroso de verano, la ropa blanca se siente más frescas que otros colores, como el azul o negro, los cuales sufren un efecto de calentamiento considerable a medida que absorban la luz.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Shenzhen ha logrado recientemente un desarrollo único: películas de enfriamiento de colores vivos que rechazan la luz solar en lugar de absorberla. Inspirándose en las nanoestructuras de las alas de las mariposas Morpho, han desarrollado películas de enfriamiento de colores vivos que no absorben luz, un avance con potencial para transformar la refrigeración pasiva en edificios, vehículos y equipos.
La clave del desarrollo reside en la naturaleza. Las mariposas Morpho, conocidas por su intenso color azul, no dependen de pigmentos sino de estructuras nanométricas en sus alas que reflejan la luz de manera específica. Este principio se ha replicado en las nuevas películas de enfriamiento, que, a diferencia de las pinturas tradicionales que absorben y convierten la luz en calor, reflejan toda la radiación solar, evitando así el calentamiento.
El resultado es una nueva película que no absorbe ninguna luz preservando al mismo tiempo las propiedades de color vivos. «En los edificios, se utilizan grandes cantidades de energía para la refrigeración y la ventilación, y hacer funcionar el aire acondicionado en los coches eléctricos puede reducir el rango de conducción a más de la mitad. Nuestras películas de refrigeración podrían ayudar a promover la sostenibilidad energética y la neutralidad de carbono», detalla el líder del equipo de investigación Guo Ping Wang de la Universidad de Shenzhen en China.
Los resultados, publicados recientemente en la revista científica Optica Publishing Group, muestran que estas películas reducen la temperatura a de los objetos coloridos a unos 2 °C por debajo de la temperatura ambiente. También descubrieron que cuando se dejaba fuera todo el día, la versión azul de las películas era aproximadamente 26℃ más fresca que la pintura azul tradicional del coche. Esto representa un ahorro de energía anual de aproximadamente 1377 MJ/m2 por año.
Para crear los nanofilmes inspirados en las mariposas Morpho, los investigadores colocaron un material desordenado (vidrio esmerilado áspero) debajo de un material multicapa hecho de dióxido de titanio y dióxido de aluminio. Luego colocaron esta estructura en una capa de plata que refleja toda la luz, evitando así la absorción de la radiación solar y el calentamiento asociado con esa absorción.
El color de la película está determinado por la forma en que los componentes dentro de su estructura multicapa reflejan la luz. Para crear azul, por ejemplo, el material multicapa está diseñado para reflejar la luz amarilla en un rango muy estrecho de ángulos, mientras que la estructura desordenada difunde la luz azul a través de un área amplia.
Enfriamiento pasivo de objetos coloridos
Aunque este tipo de gestión térmica fotónica pasiva se ha logrado antes, solo se ha utilizado con objetos blancos o claros porque es difícil mantener un amplio ángulo de visión y una alta saturación de color.
«Gracias a la estructura en capas que desarrollamos, pudimos extender el método de enfriamiento pasivo de objetos incoloros a coloridos, preservando al mismo tiempo el rendimiento del color. En otras palabras, nuestra película azul se ve azul en una amplia gama de ángulos de visión y no se calienta porque refleja toda la luz. Además, se puede lograr una alta saturación y brillo optimizando la estructura», explica Wang.
Para probar la nueva tecnología, los investigadores crearon películas azules, amarillas e incoloras, que colocaron al aire libre en la Universidad de Shenzhen, en superficies como techos, coches, telas y teléfonos móviles, de 9 a.m. a 4 p.m. tanto en invierno como en verano. Usando sensores de termopar y cámaras infrarrojas para medir la temperatura, descubrieron que las películas de enfriamiento eran más de 15 ℃ más frías que las superficies en las que se colocaron en el invierno y alrededor de 35 ℃ más frías en el verano.
Aunque el avance es significativo, aún quedan desafíos por superar. La durabilidad, resistencia química y mecánica de las películas son aspectos que el equipo de investigación planea optimizar. Además, la sustitución de la capa de plata por aluminio podría reducir costos y facilitar la fabricación.
En definitiva, el avance presentado por Wang y su equipo no es solo un triunfo de la ingeniería y el diseño inspirado en la naturaleza, sino también un paso adelante hacia soluciones de refrigeración más sostenibles y eficientes energéticamente. Este desarrollo podría ser un cambio de juego en cómo abordamos el desafío de mantener nuestros entornos frescos, especialmente en el contexto del cambio climático y la necesidad creciente de tecnologías sostenibles.
Créditos de imágenes: Wanlin Wang, Shenzhen University
