Investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) encuentran una manera de hacer vidrio que es anti-empañado, se auto-limpia y es libre de reflejos.
David L. Chandler, MIT News Office. Original (en inglés).
Una de las características instantáneamente reconocibles del vidrio es la manera en la que refleja luz. Pero una nueva manera de crear texturas superficiales en el vidrio, desarrollada por investigadores del MIT, virtualmente elimina reflejos, produciendo vidrio que es casi irreconocible debido a su ausencia de reflejo – y cuya superficie causa que las gotas de agua reboten en él, como pequeñas bolas de hule.
El nuevo vidrio “multifuncional”, basado en nanotexturas superficiales que producen un arreglo de características cónicas, se auto-limpia y resiste el empañado y el reflejo, dicen los investigadores. Al final, esperan que pueda hacerse utilizando un proceso de manufactura económico que podría aplicarse a dispositivos ópticos, a pantallas de teléfonos inteligentes y televisores, paneles solares, parabrisas de autos e incluso ventanas en edificios.
La tecnología es descrita en un artículo publicado en el diario ACS Nano, escrito conjuntamente con los estudiantes graduados en ingeniería mecánica Kyoo-Chul Park y Hyungryul Choi, el antiguo posdoctorado Chih-Hao Chang, el profesor de ingeniería química Robert Cohen, y los profesores de ingeniería mecánica Gareth McKinley y George Barbastathis.
Paneles fotovoltáicos, explica Park, pueden perder hasta el 40 por ciento de su eficiencia dentro de seis meses conforme el polvo y la suciedad se acumulan en sus superficies. Pero un panel solar protegido por el nuevo vidrio que se auto-limpia, dice, tendría mucho menos problema. Adicionalmente, el panel sería más eficiente por que más luz sería transmitida a través de su superficie, en lugar de ser reflejada – especialmente cuando los rayos del sol están inclinados en un ángulo agudo al panel. En esos momentos, como temprano por las mañanas y antes del anochecer por las tardes, el vidrio convencional podría reflejar más del 50 por ciento de la luz, mientras que una superficie anti-reflejante reduciría el reflejo a un nivel insignificante.
Mientras que algo del trabajo anterior solamente trataba paneles solares con recubrimiento hidrofóbico, las nuevas superficies multifuncionales creadas por el equipo del MIT son aún más efectivas al repeler el agua, manteniendo los páneles limpios durante más tiempo, dicen los investigadores. Adicionalmente, recubrimientos hidrofóbicos existentes no previenen pérdidas por reflejo, dándole al nuevo sistema otra ventaja más.
Otras aplicaciones podrían incluir dispositivos ópticos como microscopios y cámaras a ser usadas en entornos húmedos, donde sus capacidades tanto anti-reflejos como anti-empañado podrían ser útiles. En dispositivos touch-screen, el vidrio no solo eliminaría los reflejos, sino que también resistiría la contaminación por sudor.
En definitiva, si el costo de dicho vidrio puede ser reducido lo suficiente, incluso ventanas de autos podrían beneficiarse, dice Choi, limpiándose a sí mismas de la suciedad y la arena en la superficie exterior de las ventanas, eliminando brillo y reflejos que pueden afectar la visibilidad, y previniendo el empañado en las superficies interiores.
El patrón de la superficie – que consiste en un arreglo de conos a nanoescala que son cinco veces tan altos como el ancho de su base de 200 nanómetros – está basado en un nuevo acercamiento de fabricación que desarrolló el equipo del MIT utilizando recubrimiento en una superficie de vidrio con varias capas delgadas, incluyendo una capa fotoresistiva, la cual es iluminada después con un patrón de reja y removida mediante grabado; grabados sucesivos producen las superficies cónicas. El equipo ya ha aplicado por una patente para el proceso.
Debido a que la forma de la superficie es nanotexturizada – en lugar de algún método particular de alcanzar la forma – la que provee las características únicas, Park y Choi dicen que en el futuro filmes de vidrios o polímeros transparentes podrían ser fabricados con dichas características superficiales simplemente pasándolas a través de un par de rollos de textura mientras aún están parcialmente fundidos; dicho proceso agregaría muy poco al costo de la manufactura.
Los investigadores dicen que obtuvieron su inspiración de la naturaleza, donde las superficies texturizadas que van desde las hojas del loto hasta los caparazones del escarabajo desértico y los ojos de las palomillas (o polillas) se han desarrollado en formas que comúnmente tienen múltiples propósitos a la vez. Aunque los arreglos de nanoconos puntiagudos en la superficie aparecen frágiles cuando se ven microscópicamente, los investigadores dicen que sus cálculos muestran que deben ser resistentes a un amplio rango de fuerzas, desde el impacto por gotas de lluvia en un fuerte aguacero o al polen y la arena cargados por el viento o hasta un golpe con un dedo. Pruebas adicionales serán necesarias para demostrar qué tan bien las superficies nanotexturizadas se mantienen a través del tiempo en aplicaciones prácticas.
Andrew Parker, un superior visitando al becario de investigación en el Colegio Green Templeton en la Universidad de Oxford en el Reino Unido, quien no estuvo involucrado en este estudio, dice, “Superficies multifuncionales en animales y plantas son comunes. Por primera vez, hasta donde yo sé, este artículo enseña una lección en la eficiencia de manufactura haciendo un dispositivo anti-reflejos y anti-empañado. Esta es la manera en la que la naturaleza trabaja, y podría ser el futuro de una ingeniería más verde donde dos estructuras, y dos procesos de manufactura, son reemplazados por uno”.
La investigación fue patrocinada por la Oficina de Investigación del Ejército a través del Instituto para Nanotecnología del Soldado del MIT; la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea; la Fundación de Investigación Nacional de Singapur a través del Centro de la Alianza para Investigación y Tecnología Singapur-MIT (SMART – Singapore-MIT Alliance for Research and Technology), y la Fundación Xerox. Park y Choi recibieron becas de Samsung y la Fundación Educativa Kwanjeong/Fundación de Becas STX, respectivamente.
Reimpreso con permiso de MIT News.
Fuente
“http://web.mit.edu/ (en inglés)