Investigadores de la Universidad de Rice, en colaboración con diversas instituciones, han desarrollado un innovador recubrimiento para vidrio que podría contribuir significativamente a la reducción de las facturas de energía, especialmente durante los meses más fríos. Esta nueva tecnología se basa en una película transparente que integra carbono en la estructura atómica del nitruro de boro, formando una capa delgada y resistente que refleja el calor, resiste arañazos y se muestra eficaz frente a la humedad, la luz ultravioleta y las fluctuaciones de temperatura.
Los científicos llevaron a cabo simulaciones para evaluar el comportamiento del material en edificios de tamaño real en ciudades con inviernos severos, como Nueva York, Pekín y Calgary. Los resultados indicaron que el nuevo recubrimiento podría mejorar el ahorro energético en un 2,9% en comparación con las alternativas existentes. Dado que anualmente se instalan más de 4.000 millones de pies cuadrados de nuevos vidrios en Estados Unidos, estas cifras son significativas.
Según un estudio publicado en la revista Advanced Materials, la durabilidad del recubrimiento permite que sea aplicado en la cara exterior del vidrio, lo que representa una ventaja considerable respecto a los recubrimientos de baja emisividad convencionales. La emisividad se refiere a la capacidad de un material para radiar calor en forma de energía térmica; valores más bajos significan que menos calor escapa a través del vidrio. Los recubrimientos tradicionales de baja emisividad suelen degradarse debido a factores ambientales, lo que obliga a que se coloquen en el lado interior de los ventanales.
“Aunque el nitruro de boro puro muestra una emisividad casi similar al vidrio, al añadir una pequeña cantidad de carbono, la emisividad disminuye significativamente, lo que cambia las reglas del juego”, explicó Pulickel Ajayan, profesor de ingeniería y de ciencia de materiales en Rice.
Un proceso innovador
Para crear este recubrimiento, el equipo utilizó la deposición láser pulsada, una técnica en la que ráfagas cortas y de alta energía de láser golpean un objetivo sólido de nitruro de boro, generando plumas de plasma que se dispersan en vapor y luego se depositan sobre un sustrato, en este caso, el vidrio. Este proceso, que se realiza a temperatura ambiente, evita las altas temperaturas normalmente requeridas para la fabricación de recubrimientos adhesivos.
“Desde el punto de vista de la síntesis, recubrir vidrio con nitruro de boro es realmente asombroso y muy emocionante”, comentó Abhijit Biswas, autor principal del estudio y experto en síntesis de películas delgadas.
Añadiendo más potencial a esta tecnología, Ajayan destacó que la misma técnica de deposición de nitruro de boro a baja temperatura podría adaptarse para otros materiales, incluyendo polímeros, textiles e incluso superficies biológicas. Se espera que técnicas escalables, como la deposición química en rollo a rollo o el esputtering, puedan eventualmente hacer viable la producción comercial con la optimización adecuada de los procesos.
Desde una perspectiva de materias primas, el nitruro de boro resulta menos costoso que la plata o el óxido de indio y estaño, que se utilizan en la mayoría de los vidrios de baja emisividad comerciales. Sin embargo, los investigadores advierten sobre comparaciones directas de costos, ya que los materiales difieren en durabilidad, métodos de procesamiento y madurez tecnológica. No obstante, el equipo tiene confianza en el rendimiento a largo plazo del recubrimiento, especialmente en entornos exigentes donde los materiales existentes presentan deficiencias.
Para evaluar la claridad óptica y el potencial de ahorro energético del recubrimiento en edificaciones, el equipo de Rice colaboró con Yi Long, coautor del estudio y miembro de la Universidad China de Hong Kong, cuya investigación se centra en materiales funcionales para tecnologías de ventanas inteligentes. Long subrayó la durabilidad del recubrimiento en condiciones exteriores como una distinción clave frente a las tecnologías existentes. “La alta resistencia a las inclemencias del tiempo lo convierte en el primer recubrimiento de baja emisividad para ventanas exteriores, con una capacidad de ahorro energético que claramente supera a su contraparte interior”, afirmó Long.
En conjunto con Rice y la Universidad China de Hong Kong, el equipo incluyó colaboradores de la Universidad Estatal de Arizona, la Universidad de Cornell y la Universidad de Toronto, lo que refuerza la relevancia internacional de esta investigación.
