Calentamiento pasivo de copas de oro.

Investigadores de ETH Zurich han desarrollado una capa de oro altamente transparente que puede convertir la luz solar en calor. Se puede aplicar sobre vidrio y otras superficies para evitar el empañamiento. Las nuevas aplicaciones de revestimiento incluyen vidrios y parabrisas de automóviles.

Los investigadores del grupo dirigido por los profesores de ETH Dimos Poulikakos y Thomas Schutzius señalan que sus recubrimientos están hechos con métodos que se usan ampliamente en la fabricación. En una sala limpia y utilizando la deposición de vapor al vacío, se depositan cantidades diminutas de oro en la superficie. ETH Zurich ha solicitado una patente sobre el revestimiento.

Absorbe una gran proporción de la radiación infrarroja.

Lo que distingue al nuevo revestimiento es que absorbe selectivamente la radiación solar. La mitad de la energía de la luz solar está en el espectro infrarrojo, y la otra mitad está en el espectro de luz visible y ultravioleta. “Nuestro revestimiento absorbe una gran proporción de radiación infrarroja, lo que hace que se caliente hasta 8 grados centígrados”, explica Ioan Hechler, estudiante de doctorado en el Instituto Europeo de Tecnología, quien fue la fuerza impulsora detrás de este desarrollo. Absorben solo una fracción de la radiación en el rango visible, lo que explica la transparencia del recubrimiento.

El nuevo revestimiento adopta un enfoque diferente al de los métodos antivaho tradicionales. Tradicionalmente, las superficies están recubiertas con partículas que atraen el agua (amantes del agua), lo que hace que la condensación se distribuya de manera más uniforme. Así funcionan los sprays antivaho. Pero el nuevo método, en cambio, calienta la superficie, evitando así que se forme allí la condensación inducida por la humedad en primer lugar. Es el mismo principio que se usa en la ventana trasera de un automóvil. Pero, como señala Hächler, la calefacción eléctrica es ineficiente y derrocha energía. Por el contrario, el nuevo revestimiento se calienta de forma pasiva y, durante el día, no requiere una fuente de alimentación adicional.

Más delgado, flexible y más eficiente

Poulikakos y Schutzius y sus equipos han estado trabajando en recubrimientos superficiales de calentamiento pasivo durante varios años. Hace tres años, los científicos publicaron su primer artículo sobre un recubrimiento de oro que evita el empañamiento de las superficies transparentes (ETH News [https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2019/03/nanotechnology-and-sunlight-clear-the-way-for-better-visibility.html]). El recubrimiento que ahora han introducido tiene varios beneficios sobre el primero: está hecho de una sola capa de nanopartículas de oro y es significativamente más delgado, lo que lo hace más transparente y flexible. Además, también es más transparente y eficiente porque absorbe la radiación infrarroja de forma más selectiva.

El oro puede ser costoso, pero los investigadores enfatizan que su recubrimiento requiere tan poco que los costos de materiales se mantienen bajos. El recubrimiento consiste en pequeños grupos de oro intercalados entre dos capas muy delgadas de óxido de titanio, un material aislante eléctrico. Debido a sus propiedades refractivas, estas dos capas exteriores aumentan la eficacia del efecto de calentamiento. Además, la capa superior de óxido de titanio actúa como un revestimiento que protege la capa de oro de la corrosión. El grosor de este «sándwich» es de solo 10 nanómetros. En comparación, el pan de oro común es doce veces más grueso.

Los bloques de oro individuales apenas se tocan entre sí, lo que permite que la capa de oro comience a conducir la electricidad. Entonces, en ausencia de luz solar, aún se puede usar electricidad para calentar la pintura.

Los investigadores ahora desarrollarán más el recubrimiento para otras aplicaciones. En el proceso, investigarán si otros metales funcionan tan bien como el oro. Además de los vidrios y los parabrisas, este método antivaho se puede usar en cualquier lugar donde las cosas deban estar calientes y claras, como ventanas, espejos o sensores ópticos. Sin embargo, no hay necesidad de temer que esto sobrecalentará el automóvil o el edificio en el verano. «El revestimiento del panel absorbe la radiación infrarroja del sol, que calienta específicamente el panel y evita que la radiación llegue al interior de un automóvil o edificio. Como resultado, el interior se calienta menos de lo que se calentaría sin el revestimiento», explica Hächler, un doctorado estudiante de la ETH”.

Este proyecto de investigación ha recibido financiación de la Swiss National Science Foundation.

Referencia

Hächler I, Ferru N, Schnöring G, Mitridis E, Schutzius TM, Poulikakos D: materiales metálicos antiincrustantes translúcidos activados por energía solar. Naturaleza Nanotecnología 2022, doi: 10.1038/s41565-022-01267-1 [https://www.nature.com/articles/s41565-022-01267-1]

Resumen de investigación relacionada: antivaho con materiales absorbentes de luz solar nanoselectivos. Naturaleza Nanotecnología 2022, doi: 10.1038/s41565-022-01269-z [https://www.nature.com/articles/s41565-022-01269-z]