"Vidrio inteligente", un producto de eficiencia energética que se encuentra en las ventanas más nuevas de automóviles, edificios y aviones, cambia lentamente entre transparente y teñido con solo presionar un interruptor.
"Lentamente" es la palabra operativa; el vidrio inteligente típico tarda varios minutos en alcanzar su estado oscuro, y muchos ciclos entre claro y oscuro tienden a degradar la calidad del tinte con el tiempo. Los químicos de la Universidad Estatal de Colorado han ideado una mejora potencialmente importante para ambosla velocidad y durabilidad del vidrio inteligente al proporcionar una mejor comprensión de cómo funciona el vidrio a nanoescala.
Ofrecen un diseño alternativo a nanoescala para vidrio inteligente en una nueva investigación publicada el 3 de junio en Actas de la Academia Nacional de Ciencias . El proyecto comenzó como un ejercicio de redacción de subvenciones para el estudiante graduado y primer autor R. Colby Evans, cuya idea, y pasión por la química de los materiales que cambian de color, se convirtió en un experimento que involucra dos tipos de microscopía y alistamientovarios colaboradores. Evans es asesorado por Justin Sambur, profesor asistente en el Departamento de Química, quien es el autor principal del artículo.
El vidrio inteligente que estudiaron Evans y sus colegas es "electrocrómico", que funciona mediante el uso de un voltaje para conducir los iones de litio dentro y fuera de las películas delgadas y transparentes de un material llamado óxido de tungsteno ". Se puede considerar como una bateríapuede ver a través ", dijo Evans. Los paneles de vidrio inteligentes de óxido de tungsteno típicos tardan de 7 a 12 minutos en pasar de transparente a tintado.
Los investigadores estudiaron específicamente nanopartículas electrocrómicas de óxido de tungsteno, que son 100 veces más pequeñas que el ancho de un cabello humano. Sus experimentos revelaron que las nanopartículas individuales, por sí mismas, se tiñen cuatro veces más rápido que las películas de las mismas nanopartículas.las nanopartículas atrapan los iones de litio, lo que ralentiza el comportamiento del tinte. Con el tiempo, estas trampas de iones también degradan el rendimiento del material.
Para respaldar sus afirmaciones, los investigadores utilizaron microscopía de transmisión de campo brillante para observar cómo las nanopartículas de óxido de tungsteno absorben y dispersan la luz. Al hacer la muestra de "vidrio inteligente", variaron la cantidad de material de nanopartículas que colocaron en sus muestras y observaron cómo se comportan los tintes.cambiaron a medida que más y más nanopartículas entraron en contacto entre sí. Luego usaron microscopía electrónica de barrido para obtener imágenes de mayor resolución de la longitud, el ancho y el espaciado de las nanopartículas, para que pudieran decir, por ejemplo, cuántas partículas se agruparon juntasy cuántos se separaron.
En base a sus hallazgos experimentales, los autores propusieron que el rendimiento del vidrio inteligente podría mejorarse haciendo un material a base de nanopartículas con partículas espaciadas de manera óptima, para evitar interfaces de atrapamiento de iones.
Su técnica de imagen ofrece un nuevo método para correlacionar la estructura de nanopartículas y las propiedades electrocrómicas; la mejora del rendimiento de la ventana inteligente es solo una aplicación que podría resultar. Su enfoque también podría guiar la investigación aplicada en baterías, pilas de combustible, condensadores y sensores.
"Gracias al trabajo de Colby, hemos desarrollado una nueva forma de estudiar las reacciones químicas en nanopartículas, y espero que aprovechemos esta nueva herramienta para estudiar los procesos subyacentes en una amplia gama de tecnologías energéticas importantes", dijo Sambur.
Los coautores del artículo incluyen a Austin Ellingworth, un ex estudiante de Experiencias de Investigación para estudiantes universitarios de la Universidad Estatal de Winona; Christina Cashen, estudiante de posgrado de química de CSU; y Christopher R. Weinberger, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica de CSU
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Colorado . Original escrito por Anne Manning. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :