Vidrio inteligente con nanocristales

l vidrio inteligente que, sin necesidad de cortinas ni persianas, es capaz de regular la cantidad de luz y calor que entra en una estancia está cada vez más cerca de ser una realidad. El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, de Estados Unidos, con la colaboración del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (Icmab), ha inventado un vidrio que puede modular la luz solar y los infrarrojos en respuesta a un determinado voltaje.

La relevancia de este avance científico, radica en el hecho de que este tipo de vidrio permitiría reducir el gasto energético que se destina a mantener la temperatura de viviendas y oficinas –un 40% del total de la factura–. Además de su aplicación en edificios inteligentes, también podría ser de utilidad en invernaderos y automóviles.

Las llamadas “ventanas inteligentes” que existen en el mercado son capaces de hacerse opacas o transparentes, pero no permiten controlar la radiación solar y el calor de manera selectiva, comenta Jaume Gazquez, del Icmab. Lo novedoso del resultado de esta investigación, que ha durado dos años y medio, es que el vidrio “es capaz de bloquear radiación infrarroja –calor– independientemente de la radiación visible –luz solar–“, aclara la investigadora principal del proyecto, Anna Llordés. Además, el sistema permite una mayor versatilidad en su aplicación puesto que podría utilizarse tanto en climas cálidos como fríos, y cuando se optimice todo el proceso, según Gazquez, “será más barato” que los vidrios inteligentes que se están comercializando.

El material investigado es capaz de adoptar tres estados: luminoso, por lo que permanece completamente transparente a la luz solar y al calor; fresco, bloqueando el calor, pero dejando pasar la luz visible; y oscuro, impidiendo el paso tanto del calor como de la luz. ¿Y cuál es el mecanismo que permite estas funcionalidades? El vidrio está compuesto de nanocristales –óxido de indio dopado con estaño– y matriz vítrea –ambos transparentes–. Al aplicar sobre estos materiales un pequeño voltaje, en un rango de 2.5 voltios, los nanocristales absorven radiación solar infrarroja y la matriz vítrea atrae la radiación solar visible. Variando el potencial eléctrico, se puede escoger qué componente activar.

Los nanocristales de oxido de indio-estaño y las molecular formadoras de la matriz vítrea se sintetizan por separado en el laboratorio y son dispersadas en soluciones acuosas. Estas soluciones se depositan en pequeños cristales, de 4 cm2, formando una capa transparente que contiene el material inteligente.

El estado en el que se encuentre el vidrio como consecuencia del voltaje aplicado es reversible: solo se tiene que invertir la polaridad del voltaje para que el material vuelva a ser transparente. Por otro lado, una vez conseguido el cambio óptico, el cristal deja de consumir energía. “Esta ventana permitiría, mediante un interruptor, bloquear calor, luz o los dos a la vez. Por ejemplo podríamos iluminar una sala con los rayos del sol, evitando el calor asociado, así como el gasto en luz eléctrica y aire acondicionado”, comenta Llordés, “o en un día muy soleado, se podría atenuar la luz que entra, y en este caso, el cristal de la ventana se oscurecería –sería como ver a través de los cristales de unas gafas de sol–”.

El vidrio objeto de estudio es capaz de absorber hasta el 50% del calor que penetra por una ventana y el 70% de la luz solar. Los responsables del proyecto consideran que la durabilidad del material investigado es “excelente”. “Hemos demostrado que después de 2.000 ciclos de encendidos y apagados, sigue mostrando las mismas propiedades ópticas”, afirma Llordés, cosa que no ocurre con los componentes del vidrio por separado, que acostumbran a degradarse bastante rápido. El motivo es la reorganización estructural que sufren la matriz y los nanocristales a raíz de su enlace químico.

Empresas interesadas en el proyecto

Sin embargo, todavía tiene que pasar un tiempo para que un vidrio de estas características pueda ser comercializado. “Para tener ventanas inteligentes en nuestras casas hace falta más investigación”, señala Llordés. En este sentido es necesario una serie de mejoras, como conseguir “sintetizar los materiales y depositar capas a gran escala y a bajo coste”, sustituir los electrolitos líquidos utilizados en el estudio por otros que sean sólidos y acortar a segundos el tiempo de respuesta desde que se aplica el voltaje hasta que se produce el cambio óptico.

A pesar de que el sistema todavía debe perfeccionarse, algunas empresas se han interesado por el proyecto, que ya ha sido patentado, sobre todo multinacionales dedicadas a edificios energéticamente eficientes, así como empresas fabricantes de cristales y ventanas. A partir de la creación de este vidrio inteligente también ha surgido una compañía start-up, llamada Heliotrope Tech, que ha recibido financiación del Departamento de Energía del Gobierno de Estados Unidos.

Los ‘SmartGlass’ que se comercializan

En el mercado se pueden encontrar varios tipos de SmartGlass –o vidrio inteligente–. Entre las propiedades de estos materiales, además de modular la luz solar y la opacidad, hay vidrios que tienen una gran resistencia a golpes y rayaduras y que incorporan un tratamiento acústicamente aislante. Otro ejemplo es el cristal autolimpiable ideado por la empresa SGG Bioclean, elaborado con un mineral fotocatalítico e hidrófilo que entra en funcionamiento mediante la acción conjunta de los rayos UV y el agua de la lluvia.

Por iiarquitectos y arq.com.mx