Un material que se mantiene fresco y cool aún bajo el Sol

Por Marcelo Lozano
Artículo de divulgación científica

A menudo relacionamos el color de los objetos respecto a cómo manejan el calor. Piense que usa una camisa negra en plena canícula en la ciudad de Monterrey: cuanto más oscuro es el color, más caluroso es probable que se sienta. Del mismo modo, cuanto más transparente sea una ventana de vidrio, más calor puede dejar pasar durante el día. Normalmente, las propiedades de color y control de temperatura de los materiales están naturalmente vinculadas.

Una investigación actualmente en proceso dentro del marco de la colaboración en nanotecnología entre el Tecnológico de Monterrey y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), ha logrado el desarrollo de nuevas películas poliméricas ligeras, mecánicamente fuertes, y flexibles que se mantienen frías cuando se exponen a la luz solar. Esto ha sido posible mediante el estiramiento físico de polietileno (PE), lo cual genera la orientación de las cadenas del material. Estas cadenas se asemejan a una maraña desorganizada similar a un espagueti cocido que cuando se estiran, se enderezan formando así fibras paralelas. Esta orientación de cadenas del PE provoca al cambio de las propiedades ópticas, mecánicas y térmicas del material.

Los investigadores pueden ahora ajustar las propiedades de color y calor de los polímeros

Adicionalmente, mediante el uso de nanopartículas a base de titanio, cobre, silicio, así como de ciertos colorantes, se creó una variedad de colores en películas de PE, sin que se afectaran sus propiedades de control de temperatura. Por ejemplo,  películas oscuras y completamente opacas que contienen nanopartículas de silicio, mostraron temperaturas de 20°C más frías en comparación con un material de referencia coloreado con tintes y pigmentos negros, cuando se expusieron a la luz solar artificial dentro del laboratorio.

Asimismo, usando una cámara infrarroja se observó que el calor se propaga lateralmente a lo largo de las películas de PE cuando se iluminan con un láser. Este tipo de disipación de calor ayuda a reducir la temperatura del punto caliente iluminado y promueve el enfriamiento porque el calor se desplaza a áreas de la superficie del material que no están directamente iluminadas por la luz.

Este material puede tener una gran variedad de aplicaciones, como techos de edificios, ropa, tiendas de campaña y mochilas

Generalmente las propiedades de color y control de temperatura de los materiales se optimizan por separado para diferentes aplicaciones, ya que si se ajusta una propiedad, la otra se destruye. Los resultados de la investigación han logrado este desafiante equilibrio entre el color y el calor, al crear el primer material flexible a base de plástico que combina varias propiedades ópticas con regulación térmica. Esta combinación da lugar a un material multifuncional, pues además de mantenerse frío cuando se expone a la luz solar, el nuevo material también puede diseñarse para atrapar el calor, y bajo este desempeño podría usarse para confeccionar ropa abrigada que nos ayude a mantenernos calientes durante el frío invierno en Boston, o bien para crear un camuflaje que oculte a una persona o a un vehículo de las cámaras de visión nocturna, ocultando el calor que producen.

Mediante esta nueva técnica de ingeniería de materiales, los investigadores pueden ahora ajustar específica y simultáneamente las propiedades de color y calor de polímeros para cumplir con los requisitos de una gran variedad de aplicaciones, que incluyen fachadas, ventanas y techos de edificios de colores que reflejan el calor; cubiertas que absorban la luz y disipen el calor de los paneles solares; y fibras ligeras para fabricación de ropa, tiendas de campaña y mochilas, por mencionar algunas. Todas diseñadas para atrapar o reflejar el calor según los entornos en los que se utilizarían.

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¿Quieres saber más?
Lee el atículo científico: “Optical engineering of polymer materials and composites for simultaneous color and thermal management”, publicado este año por el doctor Luis Marcelo Lozano y otros autores en la revista Optical Materials Express.

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El autor
Luis Marcelo Lozano Sánchez es doctor en Ciencias de Ingeniería, egresado del Tecnológico de Monterrey (2017). Es investigador posdoctoral en el Grupo de Investigación: Nanotecnología para el Diseño de Dispositivos, del Campus Monterrey. Actualmente realiza una estancia posdoctoral en el Nanoengineering Group del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (nivel I).

Contacto: marcelo.lozano@tec.mx