Material para ‘sintonizar’ ventanas para bloquear longitudes de onda de luz específicas

Los investigadores han demostrado un material para 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 luz infrarroja, ayudando a mantener fresco un edificio; y ventanas polarizadas que controlan el deslumbramiento manteniendo la vista.

Las ventanas dinámicas basadas en electrocromismo (es decir, su opacidad cambia en respuesta a un estímulo eléctrico) no son un concepto nuevo. Pero, hasta este punto, la mayoría de las ventanas dinámicas eran claras u oscuras.

«Nuestro trabajo demuestra que hay más opciones disponibles», dice Veronica Augustyn, coautora correspondiente de un artículo sobre el trabajo y becaria distinguida Jake y Jennifer Hooks en Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

«Específicamente, hemos demostrado que se puede permitir que la luz pase a través de las ventanas y al mismo tiempo ayudar a mantener los edificios más frescos y, por lo tanto, más eficientes energéticamente».

La clave para conseguir materiales para ventanas más dinámicos es el agua.

Específicamente, los investigadores descubrieron 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 utilizan desde hace mucho tiempo en ventanas dinámicas. Esto se debe a que el óxido de tungsteno normalmente es transparente. Pero cuando se aplica una señal eléctrica y se inyectan iones de litio y electrones en el material, el material se vuelve oscuro y bloquea la luz.

Los investigadores ahora han demostrado que se pueden sintonizar efectivamente 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 de hidrato, primero pasa a una fase de «bloqueo de calor», que permite el paso de longitudes de onda visibles de luz, pero bloquea 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 luz tanto visibles como infrarrojas.

«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», dice Jenelle Fortunato, primera autora del artículo y becaria postdoctoral en Carolina del Norte. Estado.

“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 de litio y electrones afecta 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».

«El descubrimiento del control de luz de doble banda (infrarroja y visible) en un solo material que ya es bien conocido por la comunidad de ventanas inteligentes puede acelerar el desarrollo de productos comerciales con características mejoradas», dice Delia Milliron, coautora correspondiente del artículo. y la Cátedra número 1 Ernest Cockrell, Sr. en Ingeniería de la Universidad de Texas en Austin.

«En términos más generales, el papel imprevisto del agua estructural en la producción de propiedades electroquímicas distintivas puede inspirar a la comunidad de investigación más allá de los desarrolladores de ventanas inteligentes, lo que conducirá a la innovación en el almacenamiento de energía y los materiales de conversión».

READ MORE HERE