Elektrizitaterik behar ez duten leiho adimentsuak
Udako bero-bolada batek etxea izerdi-leku bihurtzen duenean, badirudi aire girotua dela irtenbide bakarra. Etxebizitzen energia-kontsumoa murrizteko zein erosotasuna handitzeko helburuarekin, POLYMATeko, EHUko eta Oribay Group Automotive-ko ikertzaileek leiho adimentsuak prestatzeko material eta prozesaketa berriak aurkeztu dituzte.
Leiho adimentsu horiek helburu argi batekin garatu dira: kanpoko eguzki-argiak dakarren beroa automatikoki erregulatuta, gelen barruko tenperatura fresko mantentzea eta, ondorioz, energia-kontsumoa murriztea. Leiho batek ez dirudi tresna teknologiko bat, baina beroaren aurkako lehen defentsa-lerroa izan daiteke.
Kanpo-estimuluei erantzuten dieten materialak
Badaude zenbait material kanpoko estimuluei (beroari, tentsio elektrikoari edo argiari, adibidez) erantzuteko gaitasuna erakusten dutenak beren propietate optikoak (kolorea eta gardentasuna) aldaraziz, askotan era itzulgarrian. Ezaugarri horiek dituzten materialek material kromiko izena hartzen dute. Adibide ezagun moduan eguzkitako betaurreko fotokromikoak dauzkagu. Horiek ilundu egiten dira eguzkipean, begiak babesten dituzte eguzki izpietatik; baina behin itzaletan daudenean, gardentasuna berreskuratzen dute.
Material kromiko ezagunenen artean wolframio oxidoa daukagu. Material horrek egoera koloregabe eta garden batetik urdin ilun batera aldatzeko gaitasuna du, bai tentsio elektrikoaren eraginez (propietate elektrokromikoa), bai eguzki-argiaren eraginez (propietate fotokromikoa). Baina aldaketa ez da soilik kolorean gertatzen. Eguzkiaren argi izpien artean badaude gizakiok ikusten ez ditugun beste izpi batzuk ere: argi infragorriak. Ikusezinak dira, baina beroa dakarte; horixe da etxeak berotzen dituena. Wolframio oxidoa egoera urdinean dagoenean, izpi infragorri horiek blokeatzeko gaitasuna erakusten du. Horixe da leiho adimentsuen oinarria. Leiho horiek aktibatzerakoan, garden eta koloregabe izatetik egoera urdin batera pasatuko dira. Egoera horretan argi infragorria blokeatzen hasiko dira, eta etxebizitzen tenperatura erosoa mantentzen lagunduko du horrek.
Nahiz eta wolframio oxidoa izan gehien ikertu den material kromikoa, ia beti geruza fin moduan aplikatzen da prozesaketa-metodo desberdinen bitartez. Metodo horien bidez azalera handiak geruza finez estaltzea ez da erraza; pitzadurak sortu daitezke, eta horrek leihoen funtzio egokia galaraztea ekar dezake. Bestalde, film horietan arrakalak sortu daitezke, eta horrek ere leihoen funtzionamendua oztopa dezake. Arazo horiei aurre egiteko, ikerketa honetan wolframio oxidoa polimero batekin konbinatzea proposatu zen. Horretarako, wolframio oxido nanopartikulak prestatu ziren, eta polimero-matrize deritzogun sare polimerikoz osatutako egitura batean barneratu; hala, polimero nanokonpositeak izeneko materialak sortu ziren.
Wolframio oxidoa hidrogelekin konbinatzen
Polimero mota bat bereziki egokia zen horretarako: hidrogelak. Ur kantitate handiak xurgatzen dituzten material bigunak dira horiek (begietako ukipen-lenteak, esaterako). Horien abantaila nagusia da argi ultramorearen bidez segundo gutxitan solidotu daitezkeela: erretxina likido bat argiarekin irradiatu, eta polimero solido bat sortzen da. Prozesu horretan, wolframio oxido nanopartikulak sare polimerikoaren barruan harrapatzen dira, uniformeki banatuta.
Hori egin zuten, hain zuzen, ikertzaileek: wolframio oxido nanopartikulak erretxina batean nahastu eta argi ultramoreaz irradiatu. Segundo gutxitan, hidrogel garden eta egonkor bat lortu zuten. Eguzkitan jartzean, materiala urdin bihurtzen zen, eta ilunpean utzita, gardentasuna berreskuratzen zuen. Frogatu zen, beraz, material horiek eguzki-argiari modu itzulgarrian erantzuten diotela.
Polimerizazio-abiadura azkar horrek aukera ematen du teknika aurreratuak erabiltzeko, hala nola argi bidezko prozesamendu digitala izeneko 3D inprimaketa-teknikarekin, non egitura konplexuak segundo gutxitan sortzen baitira geruza osoak aldi berean argi-proiektore digital baten bidez argiztatuz. Ikerketan prestatutako erretxina erabiliz egitura konplexuko diseinuak lortu ziren, eta, eguzkipean jartzean, propietate fotokromikoak mantentzen zituztela frogatu zen.
Leiho adimentsuak: laborategitik etxebizitzetara
Baina, nahiz eta energia aurrezteko potentziala erakutsi, leiho adimentsuak oraindik ez dira etxebizitza arruntetara heldu. Zergatik? Teknologia badago, baina ez edozein formatan. Kasurik argiena hegazkinetako leihoak dira: elektrokromikoak izaten dira gehienetan, elektrizitatearen bidez aktibatzen direnak.
Leiho fotokromikoek, aldiz, modu pasiboan funtzionatzen dute. Eguzki-irradiazioaren ondorioz beren propietateak aldatzen dituzte, eta eguzki izpiek dakarten beroa blokeatzen dute. Ikerketan prestatutako erretxina erabili zen leiho adimentsu fotokromikoak prestatzeko. Eguzkitan egonda kolore urdina lortzen zuten denbora labur batean, leihoak ilunduz baina orokorrean leihoetatik ikusteko gardentasun nahikoa izanik. Leiho horiek argi-uhin luzera desberdinetan aztertu ziren, egoera kolorge eta urdinetan, beren propietate optikoak ulertzeko helburuarekin. Egoera urdinean, nahiz eta begiarentzat itxuraz nahiko gardenak izan, askoz gehiago murrizten zen gizakientzat ikusezina den argi infragorriaren gardentasuna. Argi hori blokeatzerakoan, leihotik sartzen den beroa modu nabarmenean gutxitzen da.
Laborategian egindako leiho-gela simulazioetan, argi infragorriz irradiatu ziren leiho horiek azpiko kaxa itxiak («gelak») berotzeko. Wolframio oxido kontzentrazioa handitu ahala, barruan erregistratutako tenperaturak modu nabarmenean murrizten ziren. Emaitza horiek argi uzten dute material horien potentziala. Hala ere, oztopo bat dago oraindik: egoera gardenera itzultzeko behar duten denbora. Eguzkipean minutu gutxian aktibatzen diren arren, ilunpean ordu batzuk behar izaten dituzte berriro gardentasunera itzultzeko.
Berez aktibatzen diren leiho adimentsu fotokromikoek beroa modu nabarmenean gutxitzeko gaitasuna erakusten dute laborategian. Landu beharreko gai asko geratzen dira oraindik teknologia horren garapenean, baina ikerketa honek bidea erakusten du: leiho batek, material egokiarekin, aire girotuaren lana arindu dezake modu automatiko eta pasiboan. Agian, etorkizun hurbil batean eguzkiarekiko sentikorrak diren leihoak izango dira gure etxeko termostato onenak.
Erreferentzia bibliografikoak:
Ke, Yujie; Chen, Jingwei; Lin, Gaojian; Wang, Shancheng; Zhou, Yang; Yin, Jie; Lee, Pooi See; Long, Yi (2019). Smart Windows: Electro‐, Thermo‐, Mechano‐, Photochromics, and Beyond. Adv. Energy Mater., 9, 39, 1902066. DOI: 10.1002/aenm.201902066
Urain, Alister; Abdel Aziz, Ilaria; Lopez-Larrea, Naroa; Calvo, Iñigo; Conde, Ana M.; Criado-Gonzalez, Miryam; Casado, Nerea; Mecerreyes, David (2025). Light Based 3D Printable Photochromic WO3 Polymer Gel Nanocomposites for Heat Management and Decorative Applications. Macromol. Mater. Eng., 310, 2400449. DOI: 10.1002/mame.202400449
Egileaz:
Alister Urain Aird Kimikan graduatua da eta doktorego-tesia egiten ari da Polymat ikerketa-zentroan, Polimero Berritzaileen ikertaldean.