Isolamento térmico para janelas bloqueia o calor, mas não sua vista

Pesquisadores foram buscar inspiração no plástico bolha para desenvolver um novo material para isolamento térmico de janelas que melhora significativamente a eficiência energética de edifícios e casas.

O material, batizado de Mochi, sigla em inglês para “Isolante Térmico Opticamente Transparente Mesoporoso”, pode ser fabricado em grandes placas, para servirem diretamente como janelas, ou em folhas finas, para serem aplicadas como revestimentos na parte interna de qualquer janela ou superfície de vidro já instalada.

A primeira grande vantagem é que, ao contrário dos isolantes térmicos comerciais, o novo material é quase completamente transparente, o que significa que não é necessário gastar energia adicional com iluminação.

“Para bloquear a troca de calor, você pode colocar muito isolamento nas paredes, mas as janelas precisam ser transparentes. Encontrar isolantes que sejam transparentes é um verdadeiro desafio,” disse o professor Ivan Smalyukh, da Universidade do Colorado em Boulder.

A estrutura do material assemelha-se à do plástico bolha, só que em escala micrométrica.
[Imagem: Amit Bhardwaj et al. – 10.1126/science.adx5568]

Parecido com aerogel

O material é um gel de silicone com um diferencial: O gel aprisiona o ar através de uma rede de poros minúsculos, muitas vezes mais finos do que a espessura de um fio de cabelo humano. Essas minúsculas bolhas de ar – são elas que lembram o plástico bolha – são tão eficientes em bloquear o calor que uma folha de Mochi com apenas 5 milímetros de espessura permite segurar uma chama na palma da mão.

O segredo reside justamente no controle preciso dessas bolsas de ar, de modo a tornar o material muito semelhante aos aerogéis. Os aerogéis também contêm inúmeras bolsas de ar, mas as bolhas têm uma distribuição aleatória, o que faz o material refletir boa parte da luz, em vez de deixá-la passar. Como resultado, esses materiais parecem turvos, razão pela qual são chamados de “fumaça congelada”.

Por isso a equipe tentou uma abordagem diferente: Eles misturaram um tipo especial de surfactante, uma espécie de sabão, em uma solução líquida. As moléculas do surfactante se aglomeram naturalmente para formar filamentos finos, em um processo semelhante à separação do óleo e do vinagre em um molho para salada. Em seguida, moléculas de silicone adicionadas à mesma solução começam a aderir à parte externa desses filamentos.

Por meio de uma série de etapas, os pesquisadores substituíram os aglomerados de moléculas de detergente por ar. Isso deixa o silicone envolvendo uma rede de tubos incrivelmente pequenos, cheios de ar. E essa rede estruturada quase não interfere com a luz.

O material é quase totalmente transparente, uma grande vantagem em relação aos isolantes térmicos atuais.
[Imagem: Amit Bhardwaj et al. – 10.1126/science.adx5568]

Sair do laboratório

Com tantas bolhas, o ar compõe 90% do volume do material. E o calor se propaga através de um gás em um processo semelhante a um jogo de bilhar: O calor energiza as moléculas e os átomos do gás, que então colidem com outras moléculas e átomos, transferindo a energia.

Acontece que as bolhas na interior do Mochi são tão pequenas que os gases em seu interior não conseguem colidir uns com os outros, impedindo efetivamente a passagem do calor. “As moléculas não têm a chance de colidir livremente umas com as outras e trocar energia,” explicou Smalyukh. “Em vez disso, elas se chocam contra as paredes dos poros.”

Ao mesmo tempo, o material reflete apenas cerca de 0,2% da luz incidente, o que o torna quase totalmente transparente.

O desafio agora será diminuir o número de etapas e simplificar o processo de produção, para que se torne viável tirar o material isolante do laboratório e levá-lo para fabricação industrial.