Imaginen un edificio que se adapta, no solo a las necesidades de quienes lo habitan, sino también a los caprichos cambiantes del clima. La más reciente innovación en tecnología de ventanas dinámicas promete precisamente eso: un sistema de control ambiental sin precedentes que se ajusta activamente a las condiciones externas.

Estos paneles, que en el pasado ofrecían la simple capacidad de cambiar entre transparencia y opacidad, ahora avanzan hacia una era donde ofrecerán a los ocupantes de edificios la opción de seleccionar diferentes modos con múltiples ventajas. Sin embargo, las ventanas dinámicas no son una novedad en el campo tecnológico. Basadas en el electrocromismo, cambian su opacidad en respuesta a estímulos eléctricos. Sin embargo, hasta ahora, las opciones se limitaban a ventanas transparentes o completamente oscuras. 

Un grupo de investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte ha desarrollado un nuevo material para las ventanas dinámicas de próxima generación, que permitiría a los ocupantes del edificio cambiar sus ventanas entre tres modos: ventanas transparentes o «normales»; ventanas que bloquean la luz infrarroja, ayudando a mantener un edificio fresco; y ventanas tintadas que controlan el deslumbramiento mientras mantienen la vista.

“Nuestro trabajo demuestra que hay más opciones disponibles de ventanas dinámicas. . «En concreto, hemos demostrado que se puede dejar pasar la luz a través de las ventanas sin dejar de ayudar a mantener los edificios más frescos y, por tanto, más eficientes energéticamente”, afirma Veronica Augustyn, coautora del paper sobre la investigación y becaria distinguida Jake y Jennifer Hooks en Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

La clave para conseguir materiales para ventanas más dinámicos estaría en el agua. Específicamente, los investigadores encontraron que cuando el agua se une dentro de la estructura cristalina de un óxido de tungsteno, formando hidrato de óxido de tungsteno, el material exhibe un comportamiento previamente desconocido.

Los óxidos de tungsteno se han utilizado durante mucho tiempo en ventanas dinámicas. Eso se debe a que el óxido de tungsteno es normalmente transparente. Pero cuando aplicas una señal eléctrica e inyectas iones de litio y electrones en el material, el material se oscurece y bloquea la luz.

Los investigadores han demostrado que se pueden ajustar eficazmente las longitudes de onda de la luz que se bloquean cuando se inyectan iones de litio y electrones en un material relacionado llamado hidrato de óxido de tungsteno. Cuando se inyectan iones de litio y electrones en el material hidrato, primero pasa a una fase de «bloqueo del calor», permitiendo el paso de las longitudes de onda visibles de la luz, pero bloqueando la luz infrarroja. Si se inyectan más iones de litio y electrones, el material pasa a una fase oscura, bloqueando las longitudes de onda de la luz tanto visible como la infrarroja.

“La presencia de agua en la estructura cristalina hace que la estructura sea menos densa, por lo que la estructura es más resistente a la deformación cuando se inyectan iones de litio y electrones en el material. Nuestra hipótesis es que, debido a que el hidrato de óxido de tungsteno puede acomodar más iones de litio que el óxido de tungsteno normal antes de deformarse, se obtienen dos modos. Hay un modo «frío», cuando la inyección de iones y electrones de litio afecta a las propiedades ópticas, pero aún no se ha producido un cambio estructural, que absorbe la luz infrarroja. Y luego, después de que se produce el cambio estructural, hay un modo «oscuro» que bloquea tanto la luz visible como la infrarroja”, detalla Jenelle Fortunato, primera autora del paper y becaria postdoctoral en NC State.

Este hallazgo no solo es prometedor para el desarrollo de productos comerciales con características mejoradas, sino que también podría inspirar a la comunidad científica más allá de los desarrolladores de ventanas inteligentes, fomentando innovación en materiales para almacenamiento y conversión de energía. 

La capacidad de controlar la cantidad de luz y calor que entra a un espacio no solo reduce el uso de energía en sistemas de climatización, sino que también mejora el confort de los ocupantes, creando ambientes más saludables y productivos. No obstante, aún quedan retos por delante, como asegurar la durabilidad del material y su eficiencia en distintas condiciones climáticas. 

Puede acceder al paper de la investigación a través del siguiente enlace:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.3c00921

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