Cambiar la transmitancia de los rayos de luz en segundos

En la imagen se puede ver la nueva pieza, una iris electrocrómica. Tiene tres niveles de apertura. En la imagen solo está activado el nivel medio (anillo negro). A diferencia de las aperturas mecánicas normales, la apertura media puede cambiarse sin afectar las demás. Mediante los terminales se aplican las tensiones para poder cambiar eléctricamente cada apertura. Lo negro en la imagen (excepto el anillo) es una capa de electrodo de oro estructurada. (Foto: Koziel/TUK)

El profesor Dr. Egbert Oesterschulze (re.) y su doctorando Carsten Kortz han desarrollado el nuevo filtro junto con socios. (Foto: Koziel/TUK)

Hacer una buena foto a la luz del mediodía también es un desafío para los fotógrafos experimentados. Aquí puede ayudar un filtro controlado eléctricamente, que los físicos de Kaiserslautern con socios han desarrollado. La cantidad de luz transmitida se ajusta mediante la configuración del grado de color. Se utilizan moléculas electrocrómicas (EC) en nanopartículas, que cambian sus propiedades ópticas en menos de un segundo cuando se aplica una tensión eléctrica. En los filtros EC, este es el componente más contrastado y rápido. Es interesante, por ejemplo, para microópticas en teléfonos inteligentes. Los investigadores presentan su trabajo en la revista especializada Nature Communications.

El término transmisión describe la permeabilidad de un material a las ondas de luz óptica. Los físicos, dirigidos por el profesor Dr. Egbert Oesterschulze, Carsten Kortz y Alexander Hein de la Universidad Técnica de Kaiserslautern (TUK), han desarrollado un filtro novedoso que puede cambiar esta permeabilidad en menos de un segundo.

„En nuestra tecnología, utilizan dos electrodos coordinados que refuerzan su coloración de la mejor manera posible“, dice el profesor Oesterschulze, quien dirige la cátedra de Física y Tecnología de Nan Estructuras en la TUK. Lo especial aquí: en los electrodos hay capas de nanopartículas con moléculas especialmente ajustadas. Estas tienen propiedades muy particulares: son electrocrómicas. Es decir, cambian sus propiedades ópticas cuando se aplica o modifica una tensión en los electrodos. „En un electrodo ocurre una oxidación, mientras que en el otro se produce una reducción“, explica el profesor de Kaiserslautern. „Los electrones migran de un electrodo a otro.“ Como resultado, las moléculas en las nanopartículas se tiñen. Este estado de color permanece sin necesidad de más energía y puede ser eliminado completamente cambiando la polaridad de la tensión.

Los investigadores han logrado que este proceso electroquímico ocurra rápidamente para este tipo de materiales y, al mismo tiempo, obtener un contraste de color muy bueno en su filtro. „Tarda menos de un segundo“, continúa. „Esto es lo más rápido que se ha logrado hasta ahora en este tipo de componentes.“

Estos componentes, o los materiales utilizados, no solo son interesantes para cámaras fotográficas y cámaras en teléfonos inteligentes; también podrían usarse en ventanas con capacidad de oscurecimiento. De esta manera, no solo se puede filtrar la luz visible, sino también, dependiendo del material, la radiación infrarroja, que calienta especialmente los interiores de un edificio en verano. Además, los filtros presentados podrían usarse en cámaras que se emplean en aplicaciones de seguridad, por ejemplo, para monitorear terrenos. Se puede evitar una sobreexposición debido a la radiación solar.

Los físicos de Kaiserslautern han desarrollado el sistema junto con sus colegas investigadores Dr. Marius Ciobanu y el profesor Dr. Lorenz Walder de la Universidad de Osnabrück. El trabajo ha sido financiado por la Fundación Alemana de Investigación.

El estudio ha sido publicado en la prestigiosa revista especializada Nature Communications: „Electrochromic high contrast devices with complementary hybrid electrodes for fast response“. Además, ha sido galardonado por la redacción de la revista como „Destacado del Editor“: https://www.nature.com/collections/dmmhtcypsc/content/jacilynn-brant

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-12617-4

Preguntas respondidas por:
Prof. Dr. Egbert Oesterschulze
Física y Tecnología de Nan Estructuras
Tel.: 0631 205-2680
Correo electrónico: oester[at]physik.uni-kl.de