La startup del profesor de ingeniería de la U of T recibe fondos federales para fabricar energía solar

La ventana perfecta: ese es el objetivo del profesor de ECENazir Kheraniy sus colaboradores en la startup 3E Nano Inc.

Un aspecto de esa ventana perfecta es un revestimiento nanofino que puede más que duplicar la protección térmica de ventanas residenciales y comerciales. Esa tecnología está ahora en camino a la comercialización, gracias en parte a los 5 millones de dólares en financiación federal de Sustainable Development Technology Canada anunciados a finales de febrero.

“Las ventanas son el eslabón energético más débil de cualquier edificio”, dice Kherani, cofundador de 3E Nano en 2015. “Piense en el calor que se escapa en los meses de invierno y el calor que ingresa al espacio fresco y ventilado durante los meses de verano.

“La resistencia de una ventana al flujo de calor se mide por el valor R, que es la capacidad de evitar que el calor fluya hacia un edificio o se escape de él. Actualmente, las nanoventanas 3E, tanto en prototipo como en implementación pre-alfa, tienen una calificación R8 y superior. Esto se compara notablemente con una ventana promedio, cuyo valor R se encuentra en un rango desde R1 de un solo panel hasta R3, un panel doble”.

¿Cómo pudo 3E Nano lograr este avance? En su configuración más simple, el recubrimiento 3E Nano comprende una película metálica nanofina intercalada entre dos películas nanofinas similares al zafiro. Esta pila de tres capas dieléctrico-metal-dieléctrico es opaca a ciertas longitudes de onda de luz, pero no a otras. Como resultado, el revestimiento puede controlar el flujo de luz que entra y sale del edificio en tres partes del espectro solar: el visible, el infrarrojo de frecuencia cercana y el infrarrojo de frecuencia media.

Tanto la luz del infrarrojo cercano, que representa casi la mitad de la energía total del sol, como la luz del infrarrojo medio pueden reflejarse. Esto evita que el calor del sol penetre en el interior, pero también evita que el calor de la habitación dentro del edificio (es decir, la radiación del infrarrojo medio) se escape a través de las ventanas, logrando una baja emisividad. Al mismo tiempo, se permite la luz natural visible a través de la ventana hacia el interior, reduciendo la necesidad de iluminación interior artificial.

Kherani cree que el recubrimiento de 3E Nano está a punto de convertirse en un producto de uso generalizado. Él atribuye a la experiencia industrial del equipo de 3E Nano un pivote fundamental en la investigación.

"La combinación de aluminio y nitrógeno, abundantes en la Tierra, da como resultado un material de recubrimiento similar al zafiro en sus propiedades ópticas y estructurales", dice. "La estabilidad y el carácter multifuncional de la estructura similar al zafiro son adecuados para una fabricación de gran volumen y bajo coste".

En esencia, el recubrimiento es una estructura unidimensional nanofina pero resistente. Se aplica mediante deposición por pulverización, un proceso que arroja átomos de argón a un objetivo de aluminio en un sistema de vacío, golpeando los átomos de aluminio como bolas de billar en un sustrato de polímero liviano.

Después de agregar gas nitrógeno, la reacción química resultante forma una película incolora similar al zafiro de sólo decenas de nanómetros de espesor (aproximadamente una milésima parte del espesor de un mechón de cabello). Esto, combinado apropiadamente con una capa de plata nanofina, da como resultado un recubrimiento robusto que se puede ajustar para propiedades ópticas y eléctricas.

Kherani y su equipo imaginan otros aspectos de la ventana perfecta como funcionalidades integradas que van desde la estructuración de metamateriales hasta sistemas dinámicos que mantienen temperaturas e iluminación natural ideales dentro de los edificios.

"En el laboratorio, hemos creado un metamaterial que conserva propiedades de baja emisión y control solar, pero tiene una alta transparencia en el rango de gigahercios crítico para la comunicación: inspirado en la naturaleza con patrones de panal hexagonales casi invisibles", dice Kherani.

"El profesor Kherani tiene el ojo puesto en soluciones de sostenibilidad que sigan siendo escalables", dice el profesor titular de la ECEDeepa Kundur . "Su startup 3E Nano es un ejemplo brillante de cómo la industria puede dar forma y dirigir la investigación, y le ha dado a 3E Nano todas las posibilidades de lograr un impacto positivo en el mercado ecológico".

Kundur también señala que gracias a investigadores como Kherani la U of T fue nombrada recientemente una de las 10 principales instituciones de investigación en innovación global.

Kherani ciertamente se siente alentado por el progreso de 3E Nano y optimista sobre la capacidad de la compañía para ayudar a transformar el sector de la construcción, que ocupa el segundo lugar después del transporte en emisiones de dióxido de carbono relacionadas con la energía.

“Aunque la distancia más corta entre el punto A y el punto B es una línea recta, encontrar esa línea recta no es una cuestión sencilla. Por otro lado, hoy nos encontramos en un lugar prometedor y podemos ver claramente dónde tenemos que estar”.