Un material polimérico autolimpiable y refrigerante podría revolucionar el diseño de edificios

Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) presentan en el último número de la revista Nature Communications un material a base de polímeros con propiedades únicas. Este material permite la entrada de luz solar, mantiene un clima interior más confortable sin energía adicional y se limpia como una hoja de loto. El nuevo desarrollo podría sustituir en el futuro a los componentes de cristal de paredes y tejados. El equipo de investigación ha probado con éxito el material en ensayos al aire libre en el campus del KIT.

Fuente: AZO Materials

Maximizar la luz natural en los edificios es muy popular y puede ahorrar costes energéticos. Sin embargo, los techos y paredes de cristal tradicionales también presentan problemas como el deslumbramiento, la falta de intimidad y el sobrecalentamiento. Las soluciones alternativas, como los revestimientos y los materiales difusores de la luz, aún no han proporcionado un remedio completo.

Un nuevo material combina múltiples funciones

Investigadores del Instituto de Tecnología de Microestructuras (IMT) y del Instituto de Tecnología de la Luz (LTI) del KIT han desarrollado un novedoso metamaterial basado en polímeros que combina diversas propiedades y podría sustituir en el futuro a los componentes de vidrio en la construcción. Este metamaterial multifuncional microfotónico basado en polímeros (PMMM) está formado por pirámides microscópicas de silicona. Estas micropirámides miden unos diez micrómetros, lo que equivale aproximadamente a una décima parte del diámetro de un cabello. Este diseño confiere a la película PMMM varias funciones: difusión de la luz, autolimpieza y refrigeración radiativa, manteniendo al mismo tiempo un alto nivel de transparencia. «Una característica clave es la capacidad de irradiar calor eficazmente a través de la ventana de transmisión infrarroja de onda larga de la atmósfera terrestre, liberando calor en la fría extensión del universo. Esto permite una refrigeración radiativa pasiva sin consumo de electricidad», explica Bryce S. Richards, profesor del IMT y del LTI.

Refrigeración, transmisión de luz y antideslumbramiento

En el laboratorio y en experimentos a cielo abierto en condiciones reales de intemperie, los investigadores probaron las propiedades del material y midieron su transmitancia luminosa, dispersión de la luz, propiedades de reflexión, capacidad de autolimpieza y rendimiento de refrigeración utilizando una moderna espectrofotometría. Los resultados: Las pruebas lograron un enfriamiento de 6 °C con respecto a la temperatura ambiente. Además, el material mostró una elevada transmitancia espectral, o transparencia, del 95%. En comparación, el vidrio suele tener una transparencia del 91%. Al mismo tiempo, la estructura micropiramidal dispersa el 73% de la luz solar entrante, lo que da un aspecto borroso. «Cuando el material se utiliza en techos y paredes, permite crear espacios interiores luminosos pero sin deslumbramientos y protegidos de la intimidad para trabajar y vivir. En los invernaderos, la alta transmitancia de la luz podría aumentar el rendimiento, ya que se calcula que la eficiencia fotosintética es un nueve por ciento mayor que en los invernaderos con techos de cristal», afirma RichardsGan Huang, jefe de grupo del IMT. Las micropirámides también confieren a la película de PMMM propiedades superhidrofóbicas, similares a las de una hoja de loto: el agua se acumula en gotas y elimina la suciedad y el polvo de la superficie. Esta función de autolimpieza hace que el material sea fácil de mantener y duradero.

Potencial para la construcción y el desarrollo urbano

«Nuestro material recién desarrollado tiene potencial para ser utilizado en diversos ámbitos y supone una contribución significativa a la arquitectura sostenible y energéticamente eficiente», explica Richards. «El material puede optimizar simultáneamente el uso de la luz solar en interiores, proporcionar refrigeración pasiva y reducir la dependencia del aire acondicionado. La solución es escalable y puede integrarse perfectamente en los planes de construcción de edificios y desarrollo urbano respetuosos con el medio ambiente», afirma Huang.

El año pasado, el equipo de investigación de Karlsruhe ya obtuvo el primer puesto en el Premio del Público del concurso Helmholtz a la Mejor Imagen Científica.