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Ingeniería

Coloridas y sensibles

Películas aplicadas sobre vidrios y espejos controlan los cambios de luminosidad en el ambiente.

Un simple oprimir de un botón y el vidrio de la ventana de la casa o de la oficina puede totalizarse en colores rosa, azul, rojo u otros tonos. En un ambiente interno separado por vidrios, basta recurrir al control manual para no ser visto durante una reunión, por ejemplo. En el caso de las ventanas externas, las condiciones lumínicas o climáticas también pueden determinar los ajustes necesarios sin ninguna intervención. En un día nublado, el vidrio se torna más claro, en un día soleado, más oscuro, proporcionando mayor confort térmico y reducción del gasto de energía por sistemas de aire acondicionado o en iluminación.

El nivel de transparencia está determinado por finos filmes (películas), con propiedades electro-cromáticas, que cambian sus propiedades ópticas mediante la aplicación de un campo eléctrico y retornan a su estado inicial con la simple reversión de dicho campo. Son esos los filmes que están desarrollados investigadores del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (USP) muy novedosos en relación a los mismos materiales utilizados comercialmente en el exterior.

En la USP, ellos utilizan materiales cerámicos, como el óxido de níquel (NiO), que presentan efecto electro crómico. En presencia de un electrolito, que es un conductor de iones (átomos con pérdida de electrones) y electrones, y de un contra-electrodo, responsable de cerrar el circuito electrónico, estos materiales, bajo la acción de un campo eléctrico, presentan reacciones de transferencia de cargas eléctricas, responsables por el cambio de color en los vidrios. Un fotosensor conectado a una batería, controla el nivel de luminosidad y la necesidad de cambiar de claro a oscuro y viceversa.

Los delgados filmes también pueden aplicarse en espejos retrovisores de automóviles para disminuir el encandilamiento por las luces altas utilizadas durante la noche. Ese tipo de espejo funciona en conjunto con un fotosensor que reconoce si la luz es fuerte o débil. Cuando la fuente de luz se aleja del auto, el espejo vuelve a su condición normal de reflexión.

Las ventanas que cambian de color son producidas fuera de Brasil y utilizadas en proyectos de arquitectura. Pero esas finas películas aplicadas sobre el vidrio son hechas con moléculas orgánicas, como colorantes, que sufren con la degradación provocada por la radiación ultravioleta del Sol, por lo tanto resulta un material poco adecuado para climas tropicales.

?Con los materiales inorgánicos que usamos, como el óxido de níquel, los reemplazos de ventanas pueden demorar hasta diez años?, dice la profesora Márcia Carvalho de Abreu Fantini, del Laboratorio de Cristalografía del Instituto de Física de la USP, una de las participantes del proyecto temático financiado por la FAPESP que estudia la preparación y el desarrollo de nanomateriales (con tamaños próximos a un milímetro dividido 1 millón de veces), cerámicos o híbridos, coordinado por el profesor Celso Valentim Santilli, del Instituto de Química de la Universidad Estadual Paulista (Unesp) de Araraquara.

Nanopartículas controladas
Para la obtención de vidrios coloridos es preciso controlar el tamaño y forma de las nanopartículas metálicas insertadas en los materiales inorgánicos responsables por las alteraciones de las propiedades ópticas. Luego de varias tentativas, los investigadores consiguieron producir materiales coloreados por el proceso de deposición al vacío llamado sputtering. Éste es un método físico que usa gas argón ionizado para la deposición de las nanopartículas metálicas en la matriz de NiO. Como el proceso de obtención de los finos filmes de NiO con propiedades electrocrómicas ya se domina, los científicos ahora quieren encontrar una empresa que se interese en producir los vidrios. Materiales similares utilizados en las películas aplicadas a ventanas, también son útiles para baterías de celulares y otros aparatos electrónicos, como transmisores en miniatura, computadoras portátiles y sensores remotos.

Rutas químicas
La obtención de finos filmes también es objeto de estudio del grupo de investigación de la Unesp. Sólo que en lugar de procesos físicos como el sputtering, ellos utilizan procesos químicos, como el método sol-gel, para la preparación de las nanopartículas. Mediante ese proceso los investigadores producen partículas dispersas en líquido (estado sol), que son inmovilizadas por medio de una red formada por la agregación y polimerización controlada, resultando en un gel con características similares a las de la gelatina comestible. Una de las aplicaciones estudiadas es la protección contra la corrosión y los riesgos en lentes utilizadas, por ejemplo, en filmadoras y cámaras fotográficas especiales para la captación de imágenes sin luz visible, apenas con la emisión de calor (infrarrojo) de personas, animales y objetos.

Mientras que los vidrios de ventanas y lentes tradicionales absorben radiaciones electromagnéticas tanto en la faja de los ultravioletas como de los infrarrojos, los componentes ópticos de las cámaras y filmadoras nocturnas deben poseer vidrios especiales que son transparentes y no absorben los rayos infrarrojos emitidos por los cuerpos. Los vidrios que existen en los comercios con esa finalidad funcionan bien en esa gama del espectro electromagnético, pero muchos de ellos son construidos con materiales que  gustan mucho de la humedad, como el caso de los vidrios a base de fluoruro de metales pesados, y por ello deben ser protegidos, dice Santilli.

Otra aplicación para los filmes es la cobertura de espejos de baño, para que no queden empañados. En ese caso, el material tiene como principal característica la súper-hidrofilia, o sea, es una película que gusta del agua pero no de la gratitud. Debido a esa característica, el filme forma millones gotitas, menores que las formadas por el vapor de agua que esparcen la luz. En esa forma, aún en presencia de una ducha caliente, el espejo no queda empañado. El mismo material puede ser utilizado para proteger lonas de invernadero de plantas en agricultura y azulejos de predios. Aunque sean recubiertos de polvo y otros materiales indeseados, vuelven a quedar limpios con la lluvia, porque la suciedad y la gratitud no se adhieren al filme.

Controlar y entender el pasaje del estado sol al gel es de gran interés para el grupo de la Unesp, para la obtención de materiales a temperatura ambiente. Por ese camino, fue obtenido un material innovador, producido a partir de matrices formadas por el ordenamiento periódico de agregados cilíndricos de moléculas surfactantes, sustancias químicas que actúan como detergentes y están compuestas por una larga cadena molecular. Reacciones químicas efectuadas en el interior de esas matrices permiten producir fibras cerámicas largas a temperatura ambiente. El proceso produce fibras cerámicas del mismo tipo que las fabricadas ahora, pero que son obtenidas generalmente por evaporación de metales por encima de los 1000 ºC, haciendo más caro el producto, dice Santilli.

El proyecto
Nanomateriales cerámicos e híbridos preparados por el proceso sol-gel
Modalidad
Proyecto temático
Coordinador
Celso Valentim Santilli – Unesp
Inversión
R$ 414.568,00 Y
U$S 311.544,36 (FAPESP)

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