Los investigadores han demostrado prototipos de ventanas que cambian de reflectantes a transparentes con la simple adición de un líquido. Las nuevas ventanas intercambiables son fáciles de fabricar y algún día podrían mantener los automóviles estacionados al sol o hacer que los edificios de oficinas sean más eficientes en cuanto a energía. La tecnologíatambién se puede usar para hacer paneles de techo que mantengan las casas frescas en verano y cálidas en invierno.
Aunque el vidrio que usa un voltaje aplicado para cambiar de claro a opaco o teñido está disponible comercialmente, su alto costo, alrededor de $ 100 por pie cuadrado, ha dificultado su uso generalizado.
"Esperamos que nuestro vidrio inteligente cueste una décima parte de lo que cuesta el vidrio inteligente actual porque nuestra versión puede fabricarse con los mismos métodos utilizados para fabricar muchas piezas de plástico y no requiere tecnología electroóptica complicada para el cambio", dijo Keith Goossen, quien dirigió el equipo de investigación con Daniel Wolf de la Universidad de Delaware.
Las nuevas ventanas inteligentes contienen un panel de plástico con un patrón de estructuras que es retrorreflectante. Esto significa que, en lugar de reflejar la luz en todas las direcciones como un espejo, refleja la luz en la dirección de la que proviene como un reflector de bicicleta.
En la revista The Optical Society OSA Óptica Express , los investigadores demuestran un prototipo del nuevo vidrio inteligente que consiste en un panel de plástico impreso en 3D cubierto por una cámara delgada. Cuando la cámara se llena con el salicilato de metilo fluido, que coincide con las propiedades ópticas del plástico, el retrorreflectantelas estructuras se vuelven transparentes
"Aunque tuvimos que desarrollar nuevas formas de procesar plásticos imprimibles en 3D con un buen rendimiento óptico, desarrollar fluidos económicos de igualación de índice de refracción y crear estructuras ópticas altamente reflectantes, la innovación aquí consiste principalmente en reconocer que un concepto tan simple podría funcionar", dijo Goossen.
Mantener los autos frescos
Una de las aplicaciones más prometedoras para el nuevo vidrio conmutable puede ser en automóviles, donde podría usarse para cambiar el parabrisas a un estado reflectante cuando el automóvil está estacionado al sol.
"No se puede usar el vidrio conmutable disponible comercialmente para esta aplicación porque en el estado oscuro el parabrisas aún absorbe la luz solar y se calienta", dijo Goossen. "Debido a que nuestro vidrio es retrorreflectante en el estado no transparente, casi todo ella luz se refleja, evitando que el vidrio y, por lo tanto, el automóvil se calienten ".
El hecho de que el vidrio sea retrorreflectante significa que si se usara en el exterior del rascacielos, por ejemplo, dirigiría la luz hacia el sol en lugar de hacia la calle. Esto reduce la contribución del edificio al calentamiento de la ciudad, que esun problema en muchas áreas urbanas.
Los investigadores también han demostrado que los paneles retrorreflectantes de plástico se pueden usar como una estructura de techo conmutable económica que reduce los costos de calefacción y refrigeración. En lugares cálidos y soleados durante todo el año, se ha demostrado que los materiales para techos blancos reducen el enfriamientocostos al reflejar la luz solar. Sin embargo, en áreas con inviernos fríos, estos techos blancos aumentan prohibitivamente los costos de calefacción en el invierno.
"Aquí en Delaware, le gustaría tener un techo blanco en el verano para mantener la casa fresca y un techo oscuro en el invierno para absorber la luz solar y ayudar a reducir los costos de calefacción", dijo Goossen. "Para techos inteligentes, nuestro nuevola tecnología ofrece un tipo de techo frío más efectivo porque es retrorreflectante y al mismo tiempo permite que el techo se oscurezca en invierno ".
Para aplicaciones de techado, una capa de material colocada debajo de los paneles se utiliza para absorber la luz cuando los paneles están en su estado despejado. Esto ayuda a mantener la casa más cálida cuando las temperaturas exteriores son frías. Aunque el salicilato de metilo utilizado en el prototipo podría congelarseEn climas muy fríos menos de 16 grados Fahrenheit, se podrían desarrollar fluidos resistentes a la congelación.
impresión 3D del prototipo
Para hacer el nuevo vidrio intercambiable, los investigadores comenzaron a utilizar la impresión 3D para hacer paneles de plástico con estructuras retrorreflectantes repetidas de varios tamaños para la prueba. Utilizaron un material imprimible en 3D transparente disponible comercialmente y desarrollaron pasos de post-procesamiento para asegurar que el plástico permanecieraaltamente transparente después de la impresión y exhibió esquinas muy precisas, que fueron importantes para lograr la retroreflexión.
"Sin la impresión 3D, habríamos tenido que usar una tecnología de moldeo, que requiere construir un molde diferente para cada estructura diferente", dijo Goossen. "Con la impresión 3D, podríamos hacer fácilmente cualquier estructura que quisiéramos y luego realizar experimentos paravea cómo funcionó. Para la producción comercial, podemos utilizar el moldeo por inyección estándar para fabricar paneles retroreflectantes a bajo costo ".
Una vez que los investigadores descubrieron el tamaño óptimo para las estructuras repetitivas, realizaron pruebas ópticas para determinar si características como la rugosidad de la superficie o la absorción de luz del material causarían problemas ópticos inesperados. Estas pruebas ópticas mostraron que las estructuras funcionaban exactamente comoindicado por simulaciones ópticas.
"Es importante destacar que también demostramos que el dispositivo puede sufrir miles de ciclos de transparente a reflectante sin degradación", dijo Goossen. Sin embargo, descubrieron que queda algo de líquido en la estructura en lugar de drenarse. Para resolver este problema, los investigadores están desarrollando recubrimientos que ayudarán al líquido a drenar el plástico sin dejar ningún residuo.
"Para demostrar aún más la utilidad de la tecnología como vidrio conmutable, estamos construyendo una puerta de oficina que incorpora el nuevo vidrio inteligente como un panel de privacidad conmutable", dijo Goossen. "Estos tipos de paneles se fabrican actualmente con tecnología mucho más costosa. NosotrosEsperamos que nuestro enfoque pueda ampliar esta y otras aplicaciones del vidrio inteligente ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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