Una de las claves para lograr la máxima eficiencia energética en los edificios es el aislamiento que proporcionan los materiales y técnicas de construcción. El objetivo es que las casas tengan maneras de mantener la temperatura interior de manera pasiva, y para ello se utilizan desde tecnologías de última generación hasta ladrillos que se colocan como Legos. Sin embargo, otro de los elementos más importantes, como bien sabemos en España gracias a nuestros pueblos de casas encaladas, es el tipo de pintura que recubre los inmuebles.

En 2021 se reveló la creación de la pintura más blanca del mundo, desarrollada por científicos de la Universidad de Purdue, que refleja el 98,1% de la radiación solar y emite calor infrarrojo, lo que permitiría un ahorro de más del 40% en el gasto de energía de aire acondicionado. Ahora, otro equipo de investigadores, en este caso de la Universidad de Florida Central (UCF), ha demostrado la viabilidad de una pintura sin pigmentos en una amplia gama de colores con unas impresionantes cualidades aislantes y mucho más duradera que la convencional.

Lo curioso es que esta investigación, publicada en la revista científica Science Advances, está inspirada en las mariposas. "La gama de colores y matices del mundo natural es asombrosa: desde flores, pájaros y mariposas hasta criaturas submarinas como peces y cefalópodos", explica Debashis Chanda, el autor principal del artículo. "El color estructural es el principal mecanismo generador de color en varias especies extremadamente vivas, en las que la disposición geométrica de dos materiales incoloros produce todos los colores. En cambio, con el pigmento artificial se necesitan nuevas moléculas para cada color presente".

Mariposas metálicas coloreadas con pintura plasmónica Universidad de Florida Central Omicrono

El propio Chanda, profesor del Centro de Tecnología de Nanociencia de la UCF, ha encontrado una ingeniosa manera de fabricar una pintura en varios colores sin recurrir a los pigmentos, utilizando la disposición estructural a nanoescala de materiales incoloros como el aluminio y el óxido de aluminio. Así, ha conseguido un producto mucho más ligero, que además tiene la capacidad de reducir la absorción de la radiación solar de cualquier estancia o edificio.

Pintura plasmónica

La pintura que se utiliza convencionalmente, tanto para superficies interiores como exteriores, está basada en pigmentos que emplean moléculas sintetizadas artificialmente. Estos productos utilizan componentes muy tóxicos y contaminantes, que pueden dañar tanto el medioambiente como el organismo de quien está en contacto con ellas.

En cambio, la pintura plasmónica (llamada así porque utiliza partículas metálicas de dimensiones nanométricas) desarrollada por los investigadores de la UCF utiliza únicamente materiales no tóxicos, como el aluminio y su óxido, además de un polímero biodegradable soluble en agua. 

El experto en nano-óptica Debashis Chanda en su laboratorio Universidad de Florida Central Omicrono

La diferencia entre ambos tipos de pintura parte de su estructura a un nivel invisible para el ojo humano. Los colorantes tradicionales controlan la absorción de la luz basándose en la propiedad electrónica del material pigmentario. Por tanto, cada color necesita una molécula nueva que absorba y refleje los fotones , de manera que cubra un espectro concreto de luz. En cambio, los colorantes estructurales controlan la forma en que la luz se refleja, dispersa o absorbe basándose exclusivamente en la disposición geométrica de las nanoestructuras que los componen.

Con esta premisa, el equipo dirigido por Chanda ha conseguido fabricar pinturas combinado los copos de color estructurales provenientes de materiales incoloros como el aluminio y su óxido, con un aglutinante comercial para formar pinturas duraderas en una amplia gama de colores.

Propiedades y características

Una de sus características más notables es su durabilidad, mucho mayor que la de otros tipos de pintura. "El color normal se desvanece porque el pigmento pierde su capacidad de absorber fotones", explica Chanda en un comunicado de prensa. "Aquí no estamos limitados por ese fenómeno. Una vez que pintamos algo con color estructural, debería permanecer durante siglos".

Otra de las ventajas de la pintura plasmónica es que refleja todo el espectro infrarrojo. Así, consigue absorber mucho menos calor, lo que hace que la superficie que queda bajo la capa de pintura se mantenga entre 10 y 15 grados Celsius más fría que si estuviera cubierta por pintura comercial estándar, según las pruebas realizadas en laboratorio.

La pintura plasmónica obtenida con aluminio y óxido de aluminio Universidad de Florida Central Omicrono

"Más del 10% de la electricidad total de EEUU se destina al uso de aire acondicionado", afirma Chanda. "La diferencia de temperatura que promete la pintura plasmónica supondría un importante ahorro de energía. Usar menos electricidad para refrigerar también reduciría las emisiones de dióxido de carbono, disminuyendo el calentamiento global". Resulta difícil calcular el ahorro que supondría en el consumo energético, pero en un país como España, con las altas temperaturas y las olas de calor que experimentamos cada año, la cifra podría ser muy significativa.

Otra de las sorprendentes cualidades de la pintura de color estructural es su relación entre superficie y espesor. Según los cálculos de Chanda, su creación ofrece una reflexión del 100% de saturación con una única capa ultrafina de solo 150 nanómetros, lo que la convierte en la pintura más ligera del mundo. Para ello, nada mejor que un ejemplo gráfico: para recubrir un Boeing 747 normalmente se necesitan 1.000 kilos de pintura convencional. Un único kilo de pintura plasmónica ofrecería el mismo resultado. 

Los tonos de color de la pintura plasmónica Universidad de Florida Central Omicrono

Hasta la fecha, ya se habían puesto a prueba otros métodos de coloración estructural, que habían ofrecido resultados prometedores para sustituir a los colorantes químicos, pero tenían un importante hándicap: su producción comercial a gran escala era muy difícil, sobre todo porque a veces daba lugar a efectos no deseados y porque implicaba tediosos y caros procesos de fabricación. Por el contrario, la nanoestructura de color de Chanda y su equipo ha conseguido superar esos retos y ofrece una oportunidad viable para la producción industrial.

No es la primera vez que Chanda se fija en las coloridas alas de las mariposas para desarrollar una innovadora tecnología. Es el mismo origen de otra de sus investigaciones: un recubrimiento para fabricar pantallas de muy bajo consumo y ultra alta definición, más agradables a la vista humana que las que estamos acostumbrados a ver. En lugar de brillantes luces LED detrás de la pantalla para iluminarla, el dispositivo creado en el laboratorio de Chanda basado en nanoestructuras logra reflejar la luz del entorno utilizando una pequeñísima cantidad de energía. 

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