Foto: El trabajo ha sido publicado en la revista 'Nature'. Crédito: Kane Wang.

Un material que simultáneamente refleja luz e irradia calor a frecuencias que lo ventilan a través de la atmósfera de la Tierra podría algún día ayudar a enfriar los edificios durante los días calurosos. El material se enfría a una temperatura inferior a la del aire ambiente, y después de probarlo en una azotea de la Universidad de Stanford (EEUU), sus inventores están ahora trabajando en la ampliación del diseño.

El nuevo material utiliza trucos de ingeniería óptica para comportarse de formas contrarias a lo que podría esperarse, y a primera vista parece violar las leyes de la termodinámica, según el ingeniero eléctrico de Stanford Shanhui Fan, que se encargó de su desarrollo.

Por lo general, la forma de permitir que algo se enfríe es poniéndolo en algún lugar frío: el objeto caliente irradia su exceso de calor hacia su entorno. El material de Fan es más fresco que su entorno ya que refleja la luz y emite el calor en frecuencias cuidadosamente seleccionadas. El material emite calor en frecuencias que coinciden con la "ventana térmica" del planeta, de 8 a 13 micrómetros, lo que hace que pueda pasar a través de la atmósfera hasta el espacio. Produce un efecto de enfriamiento efectivo utilizando el espacio exterior como disipador de calor.

Durante décadas, los investigadores han explorado este efecto, llamado enfriamiento radiativo pasivo, para intentar crear sistemas que enfríen los edificios con mayor eficiencia mediante la radiación del calor por la noche. Al igual que Fan, algunos han logrado que los materiales emitan calor dentro de la ventana térmica. Pero hasta ahora ningún sistema de refrigeración pasiva ha funcionado durante el día, ya que todos estos materiales también absorben la luz del Sol. De hecho, los materiales de gran eficacia para emitir calor tienden a ser negros, lo que significa que absorben una gran cantidad de luz solar.

Fan ha descubierto una forma de crear un material que no sólo irradie dentro de la ventana térmica, sino que también refleje la luz como un espejo. Ha creado el material mediante la colocación de capas alternas de películas delgadas de dióxido de silicio (vidrio) y óxido de hafnio, depositadas sobre una oblea de silicio de ocho pulgadas. El material refleja el 97% de la luz solar y libera calor dentro de la ventana térmica.

"Algo que se enfríe en vez de calentarse bajo el sol resulta contradictorio, pero el dispositivo está diseñado para eso", asegura Fan.

Para demostrar las extrañas propiedades de este material en capas, los investigadores de Stanford lo compararon con silicio pintado de negro (un buen radiador térmico) y aluminio (un buen reflector). El diseño de refrigeración pasiva se describe en la revista Nature.

"El equipo ha ampliado los límites usando ingeniería óptica inteligente", señala el físico aplicado en la Universidad de Tecnología de Sydney (Australia) Geoff Smith. Él y otros investigadores han hecho demostraciones de materiales y sistemas para la refrigeración pasiva de los edificios por la noche. Sin embargo, los sistemas anteriores no lograban reflejar la luz solar, por lo que no se enfriaban durante el día.

Fan señala que cubrir un tejado entero con el material debería eliminar la necesidad de usar aire acondicionado. El grupo planea aprovechar la tecnología de fabricación que se utiliza para producir ventanas recubiertas, y podría ser posible crear el material, que sólo tiene dos micrómetros de espesor, sobre películas de plástico ligero para facilitar la instalación. Sin embargo el siguiente paso es modesto: van a pasar de la demostración de ocho pulgadas a una placa de un metro cuadrado del material.