Físicos de la Universidad de Colorado en Boulder han diseñado un nuevo material para aislar ventanas que podría mejorar la eficiencia energética de los edificios en todo el mundo y funciona un poco como una versión de alta tecnología del plástico de burbujas. El material del equipo, llamado Aislante Térmico Ópticamente Transparente Mesoporoso (MOCHI por sus siglas en inglés), se presenta en grandes placas o láminas delgadas que pueden aplicarse al interior de cualquier ventana. Hasta el momento, el equipo sólo fabrica el material en el laboratorio y no está disponible para el consumidor. Sin embargo, los investigadores afirman que MOCHI es duradero y casi completamente transparente. Esto significa que no interrumpirá su vista, a diferencia de muchos materiales aislantes que hay actualmente en el mercado.
“Para bloquear el intercambio de calor, se puede colocar mucho aislamiento en las paredes, pero las ventanas deben ser transparentes”, explicó Ivan Smalyukh, autor principal del estudio y profesor de física en la Universidad de Colorado en Boulder. “Encontrar aislantes transparentes es un verdadero reto”.
El estudio aparece en la revista Science. Los edificios, desde viviendas unifamiliares hasta rascacielos de oficinas, consumen alrededor del 40% de la energía generada a nivel mundial. Además, presentan fugas, perdiendo calor al exterior en días fríos y absorbiéndolo cuando sube la temperatura. Smalyukh y sus colegas pretenden frenar ese intercambio.
El material MOCHI del grupo es un gel de silicona con una peculiaridad: atrapa el aire a través de una red de diminutos poros, mucho más finos que el grosor de un cabello humano. Estas diminutas burbujas de aire bloquean tan bien el calor que se puede usar una lámina MOCHI de tan solo 5 milímetros de grosor para sostener una llama en la palma de la mano.
“Sin importar las temperaturas exteriores, queremos que la gente pueda tener temperaturas cómodas en el interior sin tener que desperdiciar energía”, dijo Smalyukh, miembro del Instituto de Energía Renovable y Sostenible (RASEI) de la CU Boulder.
Magia de burbujas
Smalyukh dijo que el secreto de MOCHI se reduce a controlar con precisión esas bolsas de aire. La nueva invención del equipo es similar a los aerogeles, una clase de material aislante de uso generalizado en la actualidad. La NASA utiliza aerogeles dentro de sus exploradores de Marte para mantener calientes los componentes electrónicos.
Al igual que el MOCHI, los aerogeles atrapan innumerables burbujas de aire. Sin embargo, estas tienden a distribuirse aleatoriamente por todo el aerogel y a menudo reflejan la luz en lugar de dejarla pasar. Como resultado, estos materiales suelen tener un aspecto turbio, por lo que a veces se les llama “humo congelado”.
En la nueva investigación, Smalyukh y sus colegas quisieron adoptar un enfoque diferente al aislamiento. Para elaborar MOCHI, el grupo mezcla un tipo especial de molécula, conocida como surfactante, en una solución líquida. Estas moléculas se agrupan de forma natural para formar hilos finos, en un proceso similar a cómo se separan el aceite y el vinagre en el aderezo para ensaladas. A continuación, las moléculas de silicona presentes en la misma solución comienzan a adherirse al exterior de esos hilos.
Mediante una serie de pasos, los investigadores reemplazan los grumos de moléculas de detergente con aire. Esto deja silicona rodeando una red de tuberías diminutas llenas de aire, lo que Smalyukh compara con la pesadilla de un fontanero. En total, el aire constituye más del 90% del volumen del material MOCHI.
Atrapando el calor
Smalyukh dijo que el calor pasa a través de un gas en un proceso parecido a un juego de billar: el calor energiza las moléculas y los átomos en el gas, que luego chocan con otras moléculas y átomos, transfiriendo la energía.
Sin embargo, las burbujas del material MOCHI son tan pequeñas que los gases en su interior no pueden chocar entre sí, lo que impide que el calor fluya a través de ellas.
“Las moléculas no tienen la posibilidad de colisionar libremente entre sí e intercambiar energía”, explicó Smalyukh. “En cambio, chocan contra las paredes de los poros”.
Al mismo tiempo, el material MOCHI sólo refleja alrededor del 0,2% de la luz entrante. Los investigadores ven numerosos usos para este material transparente pero aislante. Los ingenieros podrían diseñar un dispositivo que utilice MOCHI para captar el calor de la luz solar y convertirlo en energía económica y sostenible.
“Incluso en un día algo nublado, se puede aprovechar mucha energía y luego usarla para calentar el agua y el interior del edificio”, dijo Smalyukh.
Probablemente no vea estos productos en el mercado pronto. Actualmente, el equipo utiliza un proceso laborioso para producir MOCHI en el laboratorio. Pero Smalyukh cree que el proceso de fabricación puede optimizarse. Los ingredientes que utiliza su equipo para elaborar MOCHI también son relativamente económicos, lo que, según el físico, es un buen augurio para convertir este material en un producto comercial. Por ahora, el futuro de MOCHI, como la vista a través de una ventana revestida de este material aislante, parece brillante.
Fuente: Tech Xplore.
