¡Las ventanas inteligentes se harán realidad! Los investigadores desarrollamos nueva tecnología de nanopartículas de dióxido de vanadio.
aproximadamente el 30% de la energía utilizada en la construcción en los Estados Unidos cada año se pierde debido a la baja eficiencia energética de los materiales de las ventanas. Estas pérdidas de energía causan alrededor de 42 mil millones de dólares en pérdidas por año.
En este sentido, si el laboratorio nacional del departamento de energía (doe) argonne de Estados Unidos puede comercializar un nuevo proceso patentado para la síntesis de nanopartículas de dióxido de vanadio para crear una “ventana inteligente” económica y eficiente en el uso de la energía, el problema del alto consumo de energía puede comenzar a cambiar. .
El experimento nacional de Argonne ha solicitado una patente para un nuevo proceso para la síntesis de nanopartículas de dióxido de vanadio, lo que hace que la fabricación de “ventanas inteligentes” de eficiencia energética sea más económica.
li jie, un ingeniero químico en el laboratorio nacional de argonne, dijo: "necesitamos desarrollar un proceso continuo para producir rápidamente esta nanopartícula de manera económica y llevarla al mercado rápidamente". anteriormente, li y sus colegas en el laboratorio nacional de argonne recibieron una Nos licencia de patente para el proceso.
Las ventanas inteligentes termocrómicas absorben automáticamente la energía infrarroja durante el invierno para mantener el edificio caliente y mantener el edificio fresco al bloquear la energía infrarroja durante el verano. además, li también indica que la película de dióxido de vanadio basada en nanopartículas tiene un valor de modulación solar aproximadamente el doble que la película ordinaria. Entre ellos, la llamada modulación solar es en realidad la cantidad de energía solar que puede ser controlada por los materiales de dióxido de vanadio a temperaturas bajas y altas. Además, el dióxido de vanadio nano tiene una velocidad de cambio, es decir, se puede completar en micro o nanosegundos desde el bloqueo de los rayos infrarrojos hasta los rayos infrarrojos penetrantes.
ralph muehleisen, jefe del proyecto de ciencias arquitectónicas en el laboratorio nacional de Argonne, dijo que la tecnología termocrómica ha atraído el interés de la industria, pero debido a su alto costo y rendimiento limitado, solo se usa en algunos productos. La cuestión clave es que las nanoformas de dióxido de vanadio son los mejores materiales para las ventanas inteligentes. Sin embargo, hasta la fecha, nadie ha sabido cómo producir nanopartículas de dióxido de vanadio a un costo suficientemente bajo para respaldar la comercialización.
Muhleisen dijo: "el uso de nanopartículas aumenta el rendimiento de los materiales, y el proceso de flujo continuo que inventamos reduce el costo de fabricación, por lo que esta tecnología es muy significativa para los fabricantes de ventanas. Sin embargo, quizás más importante, el proceso de fabricación que inventamos es adecuado para una variedad de otros materiales que requieren la fabricación de nanopartículas ".
Las películas termocrómicas convencionales contienen materiales ordenados de dióxido de vanadio que tienen una temperatura de reacción mucho más alta que los materiales de nanopartículas dopados. Las ventanas tradicionales deben alcanzar los 154 grados Fahrenheit (68 ° C) para comenzar a bloquear el calor infrarrojo. la ventana que contiene nanopartículas de dióxido de tungsteno vanadio alcanzó esta temperatura de transición crítica a 77 grados Fahrenheit (25 ° C).
a diferencia de las ventanas tradicionales, esta ventana que contiene nanopartículas no requiere coloración para mejorar la eficiencia energética. Además, muehleisen estima que la tecnología de procesamiento de flujo continuo del laboratorio nacional de Argonne puede hacer que los costos de fabricación de nanopartículas sean al menos cinco veces más bajos que los métodos tradicionales.
de acuerdo con los nanomercados de lc, el mercado de ventanas inteligentes tuvo un valor de $ 1,000 millones en 2014 y se espera que alcance los $ 3,000 millones en 2021. La tecnología de ventanas de ahorro de energía existente es baja en eficiencia, alta en costos y algunas incluso tienen ambas. De acuerdo con los datos de lux research, una consultora que realiza investigaciones independientes sobre tecnologías emergentes, en 20 grados, las ventanas termocrómicas pueden representar dos tercios del mercado.
Para desarrollar aún más la tecnología termocrómica del dióxido de vanadio, li y muehleisen intentaron reducir su tamaño de partícula de 100 nm a 15 o 20 nm. a este tamaño de partícula más pequeño, de 3000 a 4000 nanopartículas son equivalentes al diámetro de un cabello humano. Esto tiene dos ventajas principales sobre partículas más grandes en comparación con partículas más grandes. Primero, dispersan menos luz, haciendo que la película de la ventana sea más transparente; En segundo lugar, ajustarán mejor el calor infrarrojo, que es más eficiente energéticamente.
Las nanopartículas de dióxido de vanadio también pueden usarse como una técnica de detección en defensa, y su función principal es interferir con el rayo infrarrojo utilizado para medir la vibración de la habitación. al mismo tiempo, con mayor investigación y desarrollo, este material también puede proporcionar protección con armas láser para aviones y otros vehículos.
científicos de materiales, ingenieros de procesos, científicos de energía y científicos de la construcción del laboratorio nacional de Argonne y un equipo de expertos en comercialización de la universidad de Chicago desarrollaron conjuntamente la tecnología de nanopartículas de dióxido de vanadio con el apoyo de proyectos de construcción relativamente jóvenes en el laboratorio.
"Quiero ampliar el plan de construcción para trabajar más estrechamente con nuestro equipo de ciencia de descubrimiento", dijo muehleisen. “Es necesario comprender mejor la física y la química básicas de los materiales utilizados en el diseño arquitectónico. necesitamos romper la rutina para lograr adaptabilidad / dinámica, mejor rendimiento, menores costos de fabricación y menos impacto ambiental. Materiales de próxima generación ".
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