¿Imagina unas gafas que no se empañan al entrar en un local en invierno o salir a la calle en una noche fría? Investigadores del ETH Zurich han desarrollado un recubrimiento transparente ultrafino a base de oro que puede convertir la luz solar en calor. El sistema, que se publica este lunes en la revista Nature Nanotechnology, se puede aplicar sobre vidrio y otras superficies para evitar que se empañen y servirá para gafas y parabrisas de automóviles.
Los autores principales del estudio, Dimos Poulikakos y Thomas Schutzius, señalan que su recubrimiento se fabrica con métodos que se utilizan ampliamente en la la industria. En una sala limpia y utilizando la deposición de vapor al vacío, se depositan cantidades diminutas de oro sobre la superficie. ETH Zurich ha solicitado una patente sobre el recubrimiento.
Lo especial del nuevo revestimiento es que absorbe la radiación solar de forma selectiva. La mitad de la energía contenida en la luz solar reside en el espectro infrarrojo, la otra mitad en el espectro de luz visible y radiación UV. "Nuestro revestimiento absorbe una gran proporción de la radiación infrarroja, lo que hace que se caliente hasta 8 grados centígrados", explica el estudiante de doctorado de ETH Iwan Hächler. El sistema absorbe solo una pequeña fracción de la radiación en el rango visible, razón por la cual el recubrimiento es transparente.
Gafas que no forman vaho
El nuevo revestimiento adopta un enfoque que difiere de los métodos antivaho convencionales. Tradicionalmente, las superficies están recubiertas con moléculas que atraen el agua (hidrofílicas), lo que da como resultado una distribución uniforme de la condensación. Así funcionan los sprays antivaho.
El sistema calienta la superficie del cristal, como la ventana trasera de un automóvil, pero de forma pasiva
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 para la ventana trasera de un automóvil. Sin embargo, como señala Hächler, la calefacción eléctrica es ineficiente y derrocha energía. Por el contrario, el nuevo revestimiento se calienta de forma pasiva y no requiere, durante el día, ninguna fuente de energía adicional.
Más delgado, flexible y eficiente
Poulikakos, Schutzius y sus equipos han estado trabajando en recubrimientos de superficie calentados pasivamente durante varios años. Hace tres años, los científicos publicaron su primer trabajo de investigación sobre un recubrimiento de oro que evitaba que las superficies transparentes se empañaran. El recubrimiento que ahora han presentado tiene muchas mejoras sobre el primero: está compuesto por una sola nanocapa 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 luz infrarroja de forma más selectiva.
El oro puede ser costoso, pero los investigadores enfatizan que su recubrimiento requiere tan poco que los costos del material siguen siendo bajos. El revestimiento se compone de grupos de oro minúsculos y extremadamente delgados intercalados entre dos capas ultrafinas de óxido de titanio, un material eléctricamente aislante. 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 acabado que protege la capa de oro del desgaste. Todo este "sándwich" tiene solo 10 nanómetros de espesor. A modo de comparación, una hoja de oro común es doce veces más gruesa.
La capa superior de óxido de titanio actúa como acabado que protege la capa de oro del desgaste
Los grupos de oro individuales se tocan mínimamente, lo que permite que la capa de oro comience a conducir electricidad. Entonces, en ausencia de luz solar, aún sería posible usar electricidad para calentar el revestimiento.
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 las gafas y los parabrisas, este método antivaho podría usarse donde los objetos deban calentarse y ser transparentes, como ventanas, espejos o sensores ópticos. Sin embargo, no hay que temer que esto provoque que un coche o un edificio se caliente más en verano. El estudiante de doctorado de ETH Hächler explica: "El revestimiento del panel absorbe los rayos infrarrojos del sol, lo que calienta específicamente el panel y evita que la radiación llegue al interior del automóvil o edificio. Como resultado, el interior se calienta incluso menos de lo que lo haría sin el revestimiento".
Referencia: Transparent Sunlight-Activated Antifogging Metamaterials (Nature Nanotechnology) DOI 10.1038/s41565-022-01267-1
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