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Jul 30, 2023

Brillará

Sustancias con luminiscencia persistente podrían utilizarse en calles, aceras y edificios Kurt Kleiner, Conocible Alrededor del año 1603, el zapatero y alquimista aficionado italiano Vincenzo Casciarolo intentó

Sustancias que brillan de forma persistente podrían utilizarse en calles, aceras y edificios.

Kurt Kleiner, Conocible

Alrededor del año 1603, el zapatero y alquimista aficionado italiano Vincenzo Casciarolo intentó fundir una piedra especialmente densa que había encontrado en las laderas del monte Paderno, cerca de Bolonia. No hubo oro, plata u otros metales preciosos como esperaba. Pero después de que la piedra se enfrió, Casciarolo descubrió algo interesante: si exponía el material a la luz del sol y luego lo llevaba a una habitación oscura, la piedra brillaría.

Aquella “piedra de Bolonia” fue la primera sustancia persistentemente luminiscente preparada artificialmente. Siguieron muchos más, y hoy en día, los materiales luminiscentes persistentes se utilizan para decoraciones, iluminación de emergencia, marcas en el pavimento e imágenes médicas.

Algún día podrían darnos ciudades brillantes que se mantengan más frescas y utilicen menos electricidad.

Una nueva generación de materiales luminiscentes tiene el potencial de enfriar las ciudades al reemitir luz que de otro modo se convertiría en calor. También podrían reducir el uso de energía, ya que las aceras luminiscentes, los marcadores luminosos de las carreteras o incluso los edificios luminosos podrían sustituir parte del alumbrado público. Algunas ciudades de Europa ya han instalado carriles para bicicletas brillantes y algunos investigadores han estudiado el uso de pintura brillante para las marcas viales.

"Es mejor para el medio ambiente", dice Paul Berdahl, físico ambiental ahora retirado del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en Berkeley, California. "Si se puede mejorar la tecnología, podremos utilizar menos energía... Es algo que vale la pena hacer".

La Piedra de Bolonia, una forma del mineral barita, fascinó a los filósofos naturales de la época, pero nunca fue especialmente útil. Pero en la década de 1990, los químicos desarrollaron nuevos tipos de materiales fotoluminiscentes persistentes, como el aluminato de estroncio, que mantenían un fuerte brillo durante horas después de la exposición a la luz. La mayoría de estos nuevos materiales emiten un brillo azul o verde, aunque algunos brillan en amarillo, rojo o naranja.

Estos materiales fotoluminiscentes funcionan “atrapando” la energía de un fotón y luego reemitiendo esa energía como luz de longitud de onda más baja. A veces la luz se emite inmediatamente, como en el caso de una bombilla fluorescente. Otros materiales, llamados luminiscentes persistentes, almacenan la energía durante más tiempo y la emiten más lentamente.

Estos materiales que brillan intensamente durante horas abren posibilidades, como ciudades que "brillan en la oscuridad" iluminadas por aceras y edificios luminiscentes. Dado que el 19 por ciento de todo el uso de energía mundial se destina a la iluminación, y en Europa alrededor del 1,6 por ciento específicamente al alumbrado público, los ahorros potenciales de energía son grandes, escriben la ingeniera de construcción Anna Laura Pisello y sus colegas en la Revisión anual de investigación de materiales de 2021.

Un problema con este enfoque es que la mayoría del material luminiscente no brillará durante toda la noche. Mejores materiales podrían ayudar a resolver ese problema, afirma Pisello, de la Universidad de Perugia, que estudia materiales de construcción energéticamente eficientes. Mientras tanto, los materiales existentes podrían combinarse con iluminación eléctrica que se encendería el tiempo suficiente para recargar las marcas viales antes de volver a apagarse.

La pintura luminiscente también podría proporcionar iluminación para áreas exteriores. El laboratorio de Pisello desarrolló una pintura que brilla en la oscuridad y, en un informe de 2019, simuló lo que sucedería si pintaran con ella un camino público cerca de una estación de tren. Los científicos descubrieron que, al brillar durante toda la noche, la pintura reduciría la energía necesaria para iluminar en aproximadamente un 27 por ciento en el área inmediata.

Si esto evoca preocupaciones de que ciudades enteras deslumbren durante la noche y aumenten la contaminación lumínica nociva, Pisello dice que eso es poco probable. Los materiales luminiscentes probablemente sólo reemplazarían la iluminación existente, no la complementarían. El color de los materiales brillantes podría elegirse para evitar las frecuencias azules que se han encontrado especialmente dañinas para la vida silvestre.

Los materiales luminiscentes también podrían ayudar a combatir el conocido como efecto isla de calor urbano. Los tejados y las aceras absorben la energía del sol y la emiten en forma de calor, lo que hace que las temperaturas de verano en las ciudades sean una media de 7,7 grados centígrados más altas que en el campo circundante. Las altas temperaturas son un peligro potencial para la salud y también provocan que se utilice más energía para enfriar los edificios.

Una solución cada vez más común es utilizar materiales “frescos” que reflejen la luz, como pintura blanca y asfalto de colores claros. Resulta que añadir materiales luminiscentes puede ayudar aún más.

En el Laboratorio Lawrence Berkeley, Berdahl y su equipo experimentaron con rubí sintético, un material que es luminiscente cuando está expuesto a la luz del sol, para crear recubrimientos coloreados que se mantuvieran fríos. En un experimento inicial, informaron que una superficie pigmentada de rubí permanecía más fría al sol que un material de color similar sin el pigmento especial.

El laboratorio de Pisello fue un paso más allá y añadió al hormigón varios materiales persistentemente luminiscentes (que almacenaban energía luminosa y la emitían lentamente). En comparación con las superficies no luminiscentes del mismo color, las mejores reducen la temperatura del aire ambiente en los días soleados hasta 3,3°C.

“Puedes hacer que [una superficie] sea lo más reflectante posible. ¿Pero puedes ir más allá de eso? La idea es que tal vez se pueda ir un poco más allá utilizando la luminiscencia persistente como otra forma de transferir energía... Es interesante”, dice Patrick E. Phelan, ingeniero mecánico de la Universidad Estatal de Arizona y coautor de un artículo sobre el efecto isla de calor urbano en la Revisión Anual de Medio Ambiente y Recursos.

Hay 250 materiales luminiscentes conocidos, muchos de ellos aún no estudiados para aplicaciones prácticas. Pisello dice que existe la posibilidad de que las pinturas y los pavimentos brillantes duren más y brillen más en más colores.

“A corto plazo, la solución mejor y más sencilla es mejorar lo que ya tenemos”, afirma. Eso incluye ajustar los materiales para que emitan luz por más tiempo, con más intensidad o en diferentes colores, y asegurarse de que sigan funcionando en entornos del mundo real.

A largo plazo, añade, nuevas clases de materiales de ingeniería podrían funcionar aún mejor. Por ejemplo, se podría recurrir a los “puntos cuánticos” (pequeñas partículas semiconductoras que pueden hacerse brillar y que ya se utilizan en imágenes biológicas) o las perovskitas, materiales utilizados en células solares que también se están estudiando por sus propiedades luminiscentes.

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