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Nov 20, 2023

Ventanas polarizadas ajustables ahora controladas electrónicamente

NevadaToday Profesor Asistente de Química Chris

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El profesor asistente de química Chris Barile y el estudiante graduado Shakirul Islam hacen ventanas "inteligentes"

El profesor asistente de química Chris Barile y el estudiante graduado Shakirul Islam hacen ventanas "inteligentes"

El profesor asistente de química Chris Barile y el estudiante graduado Shakirul Islam hacen ventanas "inteligentes"

Elegir la oscuridad para los vidrios polarizados, de claro a oscuro, con solo girar un dial ahora es posible con un nuevo proceso desarrollado por el laboratorio de Chris Barile en la Facultad de Ciencias que utiliza óxido de níquel, iones de litio y un electrolito de gel.

Las ventanas dinámicas, a veces llamadas "ventanas inteligentes", reducen el deslumbramiento sin obstruir las vistas al tiempo que aumentan la eficiencia energética de los edificios y los automóviles, con ahorros en los costos de iluminación, calefacción y refrigeración.

"En este momento, en un minuto podemos cambiar uniformemente entre un estado claro y un estado que bloquea el 94 por ciento de la luz", dijo Barile, profesor del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias de la Universidad. "En las pruebas de laboratorio, ciclamos el vidrio entre opaco y transparente al menos 4000 veces sin una degradación significativa, y son compatibles con capas flexibles".

Cuando se aplica voltaje al vidrio, los materiales electrocrómicos cambian de color, por lo que cuando se aplica la carga eléctrica, el óxido de níquel se oscurece y la capa de iones de litio oscurece aún más el vidrio, y la oscuridad es variable según la cantidad de carga eléctrica aplicada. .

Esta nueva clase de ventanas dinámicas desarrolladas por Barile y su equipo, que combina la electrodeposición de metal reversible con la química de inserción de iones, incluye capas de óxido de níquel, iones de litio y un electrolito de gel que recubre el interior de una ventana de doble panel. Cuando se aplica una corriente a estas capas, el óxido de níquel absorbe los iones de litio y se vuelve opaco. La corriente también hace que los iones electrolíticos formen depósitos metálicos en el otro panel, lo que bloquea aún más la luz. Ninguno de estos dos efectos tiene un fuerte sesgo de color, lo que elimina el tinte de color que se ve en las versiones existentes de ventanas dinámicas.

La naturaleza uniforme del cambio de dispositivo permite que estas ventanas accedan a cualquier estado intermedio de gris mientras mantienen una vista estéticamente agradable a través de la ventana. Las ventanas dinámicas se exploran ampliamente, pero no se han comercializado mucho debido a problemas asociados con el color, el costo, la velocidad de conmutación y la durabilidad.

"Hay muchas posibilidades de comercialización que van desde ventanas residenciales hasta techos corredizos de automóviles y anteojos de sol", dijo Barile. "Hemos hablado con docenas de empresas que están interesadas en la tecnología, y también podríamos lanzar nuestra propia empresa de nueva creación. En este momento, estamos tratando de reducir el riesgo de la tecnología tanto como sea posible y evaluar qué opciones hacen que el mayor sentido".

La técnica de Barile aprovecha las propiedades ópticas de los metales al tiempo que facilita el movimiento de los iones a través del panel de vidrio, lo que permite construir dispositivos a gran escala. En resumen, esta arquitectura permite que las ventanas cambien de forma rápida y uniforme.

El laboratorio, hasta ahora, ha escalado la tecnología a una pieza de vidrio de 4 pulgadas por 4 pulgadas.

"La ampliación es un gran desafío", dijo Barile. "Nos encantaría construir ventanas de varios pies cuadrados, pero necesitaremos que nuestros pequeños prototipos de laboratorio cambien más rápidamente antes de llegar a ese punto. Si podemos diseñar ventanas en el laboratorio que cambien en unos pocos segundos, estaremos capaz de diseñar ventanas reales en un entorno industrial que cambian en unos minutos".

Los resultados de la investigación indican que las ventanas dinámicas híbridas de base metálica son una alternativa prometedora a las basadas en materiales electrocrómicos tradicionales.

"Creo que realmente hemos superado nuestras propias expectativas sobre la rapidez con que ha progresado la investigación", dijo Barile. "Aplicar la electrodeposición de metal reversible a las ventanas inteligentes es una vía de investigación casi completamente desaprovechada, y actualmente tenemos más buenas ideas de las que tenemos tiempo para explorar. La novedad del enfoque nos ha permitido centrarnos en algunas muy buenas ideas y hacer que la la mayoría de ellos".

Programa relacionado

Barile tiene tres estudiantes graduados que trabajan con él en el proyecto, incluido Shakirul Islam, quien trabajó en un artículo científico publicado recientemente. Tres estudiantes universitarios trabajan en otros aspectos del trabajo de la ventana.

"Es increíblemente emocionante ir al laboratorio todos los días sabiendo que, en un momento dado, tenemos la oportunidad de construir un dispositivo que establezca récords", dijo Barile.

El artículo científico sobre su proyecto se publicó el 25 de febrero en la revista Nature Energy. Los autores del artículo son Barile, Shakirul Islam de la Universidad de Nevada, Reno College of Science, Tyler Hernandez del Departamento de Química de la Universidad de Stanford y Michael McGehee del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la Universidad de Colorado.

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