Revista de Divulgación Científico-Tecnológica del Gobierno del Estado de Morelos

Ventanas Inteligentes

Ventanas Inteligentes: Polímeros semiconductores


Por: Dra. Maria Elena Nicho Díaz
Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas (CIICAp-UAEM)


Desde el punto de vista funcional, los polímeros sintéticos que han sido desarrollados desde los años 30´s hasta los 70´s del S. XX, han sido materiales eléctricamente aislantes. En 1977 A.G. MacDiarmid, A.J. Heeger y H. Shirakawa, prepararon el primer polímero conductor, el poliacetileno impurificado. Desde el descubrimiento de los polímeros conductores, el polipirrol (PPy), el politiofeno (PT) y la polianilina (PANI), son quizás los polímeros conductores o semiconductores más estudiados.

Técnicamente, los polímeros conductores son aquellas macromoléculas cuyas cadenas principales están formadas por enlaces conjugados (enlace simple y doble alternados). La deslocalización de los electrones en estas cadenas, son causas principales de la alta conductividad de esta clase de polímeros.

Otras características interesantes de los polímeros conductores, son que pueden pasar de estado aislante a conductor, al mismo tiempo cambian de color y de volumen. Estos rasgos les dan una amplia posibilidad de aplicaciones, por ejemplo en celdas solares, baterías recargables, diodos emisores de luz, ventanas inteligentes, sensores de gases, músculos artificiales, material para protección electromagnética, dispositivos electrónicos, prevención a la corrosión, sensores de ácido úrico para prevenir la preclamsia, nervios artificiales, entre otros. Cabe mencionar, que en el CIICAp (UAEM) estamos trabajando en las aplicaciones de sensores de gases, ventanas inteligentes y prevención a la corrosión.

Para la aplicación de ventanas inteligentes, se aprovecha la propiedad de cambio de color. Éstas, se encuentran destinadas al ahorro energético en la climatización de edificios o construcciones que así lo requieran. En algunos casos, se requiere desechar la energía calórica proveniente del exterior, transmitidas por ventanas grandes de edificios hacia el interior de una habitación y en otros casos se desea mantener una iluminación adecuada. Asimismo, permiten el control de la intensidad de la luz capaz de penetrar en un espacio cerrado como edificios, coches y aviones, entre otros.

¿Cómo funcionan las ventanas inteligentes?

Las ventanas electrocromáticas, están compuestas por capas de ciertos materiales que hacen cambiar su transparencia cuando una carga de bajo voltaje es aplicada. La presencia de ésta energía en la capa elecrocromática (película de polímeros conductor) hace cambiar sus propiedades ópticas (cambio de color), causando la absorción de la energía luminosa y obscureciendo así la ventana. Cuando el voltaje se invierte, la energía se conduce en sentido opuesto haciendo un movimiento en la capa electrocromática. Consecuentemente, esta capa se ilumina y la ventana se vuelve transparente. Éstas pueden ser reguladas a cierto porcentaje de transparencia si así se desea. La estructura más utilizada para ventanas inteligentes en laboratorio es la que se muestra a continuación:

La oxidación del polímero provoca un cambio del color (de azul a verde oscuro en polianilina y de amarillo claro a azul en polipirrol) e incrementa su reflectividad. La capa intermedia actúa como un electrolito sólido transparente. Por lo tanto, durante la oxidación del polímero la intensidad de luz que atraviesa la ventana desciende y la reflectividad aumenta.

Durante la reducción polimérica ocurre el proceso inverso.La intensidad puede ser controlada manualmente o automáticamente mediante la conexión de un suministrador de potencial a través de un microprocesador y un programa que defina el nivel de intensidad requerido. La síntesis de los polímeros conductores puede ser por método químico o electroquímico, ambos métodos se están utilizando en el laboratorio de síntesis de polímeros en el CIICAp, del cual soy responsable, en la siguiente figura se muestra una foto del equipo empleado para la síntesis electroquímica de los polímeros conductores