Cristal inteligente

Los dispositivos electrocrómicos cambian sus propiedades de transmisión de luz en respuesta al voltaje y, por lo tanto, permiten controlar la cantidad de luz y calor que los atraviesa. ^{[ 13 ]} En las ventanas electrocrómicas, el material cambia su opacidad . Se requiere un pulso de electricidad para cambiar su opacidad, pero el material mantiene su color con poca o ninguna señal eléctrica adicional. ^{[ 14 ]}

Las antiguas tecnologías electrocrómicas tienden a presentar un tono amarillento en estado transparente y tonalidades azuladas en estado tintado. El oscurecimiento se produce desde los bordes hacia el interior y es un proceso lento, que varía desde varios segundos hasta 20-30 minutos, según el tamaño de la ventana. Las nuevas tecnologías electrocrómicas eliminan el tono amarillento en estado transparente y tintan a tonos grises más neutros, tiñendo de manera uniforme en lugar de desde el exterior hacia el interior, y aceleran el proceso a menos de tres minutos, independientemente del tamaño del vidrio. El vidrio electrocrómico mantiene la visibilidad en estado oscurecido y, por lo tanto, conserva el contacto visual con el entorno exterior.

Los recientes avances en materiales electrocrómicos relacionados con los hidruros de metales de transición han llevado al desarrollo de hidruros reflectantes, que se vuelven reflectantes en lugar de absorbentes y, por lo tanto, cambian de estado entre transparentes y similares a un espejo.

Los recientes avances en películas nanocristalinas porosas modificadas han permitido la creación de pantallas electrocrómicas. La estructura de pantalla de sustrato único consiste en varias capas porosas apiladas impresas una encima de la otra sobre un sustrato modificado con un conductor transparente (como ITO o PEDOT:PSS ). Cada capa impresa tiene un conjunto específico de funciones. Un electrodo de trabajo consiste en un semiconductor poroso positivo, como dióxido de titanio, con cromógenos adsorbidos . Estos cromógenos cambian de color mediante reducción u oxidación. Se utiliza un pasivador como negativo de la imagen para mejorar el rendimiento eléctrico. La capa aislante sirve para aumentar la relación de contraste y separar eléctricamente el electrodo de trabajo del contraelectrodo . El contraelectrodo proporciona una alta capacitancia para contrarrestar las cargas insertadas/extraídas en el electrodo SEG (y mantener la neutralidad de carga en todo el dispositivo). El carbono es un ejemplo de película de depósito de carga. Una capa de carbono conductora se utiliza típicamente como contacto posterior conductor para el contraelectrodo. En la última etapa de impresión, la estructura monolítica porosa se recubre con un electrolito líquido o de gel polimérico, se seca y, posteriormente, puede incorporarse a diversas encapsulaciones o carcasas, según los requisitos de la aplicación. Las pantallas son muy delgadas, a menudo de 30 micrómetros. El dispositivo se activa aplicando un potencial eléctrico al sustrato conductor transparente en relación con la capa de carbono conductora. Esto provoca la reducción de las moléculas de viológeno (coloración) dentro del electrodo de trabajo. Al invertir el potencial aplicado o proporcionar una vía de descarga, el dispositivo se decolora. Una característica única del monolito electrocrómico es el voltaje relativamente bajo (alrededor de 1 voltio) necesario para colorear o decolorar los viológenos . Esto se explica por los pequeños sobrepotenciales necesarios para impulsar la reducción electroquímica de los viológenos/cromógenos adsorbidos en la superficie.

La mayoría de las películas inteligentes requieren voltaje (por ejemplo, 110 VCA) para funcionar, por lo que deben estar encerradas dentro de laminados de vidrio, acrílico o policarbonato para brindar seguridad eléctrica a los usuarios.

En los dispositivos de cristal líquido disperso en polímero (PDLC), los cristales líquidos se disuelven o dispersan en un polímero líquido, seguido de la solidificación o curado de este último. Durante el cambio de estado del polímero de líquido a sólido, los cristales líquidos se vuelven incompatibles con el polímero sólido y forman gotitas en su interior. Las condiciones de curado afectan el tamaño de estas gotitas, lo que a su vez influye en las propiedades operativas finales de la "ventana inteligente". Normalmente, la mezcla líquida de polímero y cristales líquidos se coloca entre dos capas de vidrio o plástico, que incluyen una fina capa de un material conductor transparente, seguida del curado del polímero, formando así la estructura básica tipo sándwich de la ventana inteligente. Esta estructura actúa, en esencia, como un condensador.

Los electrodos de una fuente de alimentación se conectan a los electrodos transparentes. Sin voltaje aplicado, los cristales líquidos se distribuyen aleatoriamente en las gotas, lo que provoca la dispersión de la luz al atravesar el conjunto de la ventana inteligente. Esto da como resultado una apariencia translúcida, de color blanco lechoso. Al aplicar voltaje a los electrodos, el campo eléctrico formado entre los dos electrodos transparentes del vidrio hace que los cristales líquidos se alineen, permitiendo que la luz atraviese las gotas con muy poca dispersión y dando como resultado un estado transparente. El grado de transparencia se puede controlar mediante el voltaje aplicado. Esto es posible porque, a voltajes bajos, solo algunos de los cristales líquidos se alinean completamente en el campo eléctrico, por lo que solo una pequeña porción de la luz pasa mientras que la mayor parte se dispersa. A medida que aumenta el voltaje, menos cristales líquidos permanecen desalineados, lo que reduce la dispersión de la luz. También es posible controlar la cantidad de luz y calor que atraviesa la ventana mediante el uso de tintes y capas internas especiales.

En los dispositivos de partículas en suspensión (SPD), una fina lámina de nanopartículas en forma de varilla se suspende en un líquido y se coloca entre dos piezas de vidrio o plástico, o bien se adhiere a una de ellas. Cuando no se aplica voltaje, las partículas en suspensión se organizan aleatoriamente, bloqueando y absorbiendo la luz. Al aplicar voltaje, las partículas se alinean y permiten el paso de la luz. La variación del voltaje de la lámina modifica la orientación de las partículas en suspensión, regulando así el tono del vidrio y la cantidad de luz transmitida. Los SPD pueden ajustarse manual o automáticamente para controlar con precisión la cantidad de luz, el deslumbramiento y el calor que los atraviesa.

Las micropersianas ^{[ 15 ]} controlan la cantidad de luz que pasa a través de ellas en respuesta a la tensión aplicada. Están compuestas por láminas metálicas delgadas enrolladas sobre vidrio. Son muy pequeñas y, por lo tanto, prácticamente invisibles a simple vista. La capa metálica se deposita mediante pulverización catódica con magnetrón y se modela mediante láser o litografía. El sustrato de vidrio incluye una fina capa de óxido conductor transparente (TCO). Entre la capa metálica enrollada y la capa de TCO se deposita un aislante delgado para la desconexión eléctrica. Sin tensión aplicada, las micropersianas se enrollan y dejan pasar la luz. Cuando existe una diferencia de potencial entre la capa metálica enrollada y la capa conductora transparente, el campo eléctrico formado entre los dos electrodos hace que las micropersianas se estiren y bloqueen la luz. Las micropersianas presentan varias ventajas, como velocidad de conmutación (milisegundos), resistencia a los rayos UV, apariencia personalizada y transmisión. La tecnología de las micropersianas fue desarrollada en el Consejo Nacional de Investigación (Canadá) .

El polímero de cambio de fase (PCP) muestra una transición de fase reversible entre estados amorfos y semicristalinos. ^{[ 16 ]} Este cambio de fase está dominado por el cambio de temperatura en la aplicación de vidrio inteligente termocrómico, lo que lo hace completamente automático sin costo de electricidad. La estructura del PCP a menudo consta de dos componentes principales: un polímero componente de cambio de fase (llamémoslo P1) reticulado con otro polímero (P2) que está fuertemente separado en fases del primero debido a la diferente hidrofilicidad . Por lo tanto, P1 y P2 pueden formar una separación de fases a nivel micrométrico después del curado. Cuando la temperatura está por debajo de la temperatura de transición de fase (Tp) de P1, P1 es semicristalino y su índice de refracción coincide con el de P2, lo que hace que toda la estructura sea transparente a la luz visible. ^{[ 17 ]} Cuando la temperatura sube por encima de Tp, P1 se funde y transiciona a una fase amorfa que exhibe una gran diferencia de índice de refracción con P2, lo que resulta en una apariencia opaca. ^{[ 17 ]} Al seleccionar inteligentemente el material para P1, se puede observar un efecto inverso del cambio de transmitancia. Por ejemplo, si por debajo de Tp el índice de refracción del P1 semicristalino no coincide con el de P2, la película es opaca; si el P1 amorfo coincide con P2 con respecto al índice de refracción por encima de Tp, la película es transparente a la temperatura elevada. Una aplicación distintiva sería que el PCP se recubriera en la ventana de vidrio de un almacén, donde el PCP se vuelve opaco durante los días calurosos para bloquear la radiación excesiva y enfriar la habitación, ahorrando así energía al no tener que usar un aire acondicionado. ^{[ 18 ]}

El vidrio inteligente puede utilizarse para la calefacción y refrigeración de edificios con ahorro energético, controlando la cantidad de luz solar que entra por la ventana. Una lámina de control de temperatura, transparente o translúcida, permite que el vidrio inteligente se vuelva translúcido cuando hace sol y la temperatura interior es alta. Cuando hace sol y la temperatura interior es baja, el vidrio inteligente se vuelve transparente.

En la oficina:

• Aplicable al cerramiento de vidrio de una sala de conferencias. Cuando el vidrio es transparente, se puede ver dentro o fuera de la sala, y cuando no es transparente, se puede usar como pantalla de proyección.
• Función de ahorro energético de la fachada acristalada.

Decoración interior de la vivienda:

• Cortina de cristal para iluminación, casita de cristal, sala de estar y baño. El cristal permanece opaco cuando no está en uso, lo que protege la privacidad, y al volverse transparente permite el paso de la luz solar.

Exhibición de productos y publicidad comercial:

• La vitrina de cristal protege los productos cuando no es transparente y puede utilizarse para proyectar información sobre ellos; cuando es transparente, puede utilizarse para publicidad en la tienda.

El vidrio inteligente puede utilizarse como pantalla de proyección conmutable en el escaparate de una tienda para publicidad. La película inteligente de tercera generación es apta tanto para proyección frontal como trasera, y las imágenes proyectadas pueden verse desde ambos lados.

Otros usos para ocasiones especiales incluyen:

• La puerta de cristal de un baño es transparente cuando no está en uso y se vuelve opaca inmediatamente cuando se cierra.
• El suelo y las escaleras de cristal del segundo piso parecen opacos al caminar sobre ellos, pero por lo demás son transparentes.
• Usos para la privacidad en hospitales, por ejemplo, en las ventanas de las habitaciones de bebés y unidades de cuidados intensivos, sustituyendo las cortinas, para reducir el polvo y el ruido.
• Aplicadas a salas libres de polvo y salas de limpieza, las láminas inteligentes pueden utilizarse para alternar entre transparencia y opacidad, y pueden reducir las molestias para los clientes que tienen que usar ropa libre de polvo al entrar y salir de la habitación.