Cemento que absorbe y emite luz

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En materia de economía las labores de construcción son altamente prioritarias, es uno de los sectores secundarios mas importantes en el desarrollo de un país, ya que proporciona elementos de bienestar básicos a una sociedad al construir puentes, carreteras, puestos, presas, plantas generadoras de energía eléctrica, industrias así como viviendas , escuelas, hospitales y lugares de esparcimiento y diversión, como parques, cines, hoteles, entre otros.

El doctor de la Universidad Michoacana de Sal Nicolás de Hidalgo (UMSNH) que se ubica en la ciudad de Morelia, de la ciudad de Michoacan en México, desarrollo en conjunto con sus estudiantes un cemento que tiene la capacidad de emitir luz hasta por 12 horas.

Este nuevo material se desarrolla con la intención de ayudar en la necesidad de contar con nuevas alternativas de energía,  sin costo por mantenimiento y con bajo impacto ambiental,  este cemento sirve como adhesivo o cementante con la capacidad de ofrecer otras funciones como es el generar luz.

Como objetivo el doctor José Carlos Rubio mencionó lo siguiente:

“El objetivo del proyecto es atacar un nicho que estaba descuidado. En nuestro entorno los materiales tienen muchas posibilidades de generar energía y tienen más posibilidades y más funciones. Para esta investigación en específico pensamos en la posibilidad de iluminar una carretera, un camino, un estacionamiento, un patio o incluso una fachada de un edificio, y pensando en aplicaciones menores en un baño, en un piso o en una piscina”, añadió.

El equipo de desarrolladores estudió con anticipación que la industria de la luminiscencia esta enfocada a la industria de los plásticos, juguetes y aparatos eléctricos y la industria del cemento estaba abandonada. El cemento es uno de los materiales de producción mas utilizado por la sociedad, de ahí la importancia de darle mayor funcionalidad.

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El cemento convencional, dijo el investigador, generalmente pasa desapercibido aunque forma parte del entorno. Sus ventas son indicadores de la economía de un país, está en todas partes del mundo y es considerado el material más utilizado por el ser humano después del agua. México es uno de los principales productores mundiales por su contribución de cemento para la construcción de casas, edificios, puentes, carreteras, hospitales, hoteles, presas para agua, etcétera.

El cemento comercial técnicamente se conoce como cemento Portland, está constituido básicamente por un gel de silicato de calcio hidratado, cristales de cal y agujas de sulfoaluminatos cálcicos dispersas como redes. Lo anterior genera que los cuerpos o solidos elaborados con este tipo de cemento sean opacos o que la luz no pueda ser transmitida al interior de la pasta de cemento.

Por otro lado, existen en el comercio plásticos fosforescentes, los encontramos en relojes, señalamientos viales y de seguridad, juguetes, artículos de decoración, etcétera. La fosforescencia o fotoluminiscencia es un fenómeno físico que algunos materiales tienen y que básicamente sigue las etapas siguientes: El material absorbe la energía o luz (solar o artificial); de dicho espectro de luz solo nos interesa la luz ultravioleta, esta provoca en los pequeños cristales que se embeben en los plásticos que sus electrones tengan un cambio en su nivel energético; posteriormente, una vez retirada la fuente de energía (luz), los electrones vuelven a su estado de menor energía, en ese salto se libera la energía acumulada o absorbida en forma de fotones o luz que, dependiendo de la composición química de esos cristales, puede ser azul, amarilla, verde, naranja, etcétera

Lamentablemente, la misma fuente de energía (rayos ultravioleta) que produce la fosforescencia o fotoluminiscencia, también destruye y daña los plásticos rompiendo o promoviendo la ruptura de las cadenas de polímeros que constituyen esos plásticos. Obviamente se han usado por años los polímeros orgánicos o plásticos sintéticos debido a que para que exista este fenómeno de fosforescencia se requiere que la luz sea transmitida al interior del sólido y llegue a los cristales y, posteriormente, la luz producida por los cristales sea emitida al exterior, y por ello las resinas transparentes o semitransparentes son las utilizadas comercialmente y su durabilidad está limitada a la exposición o radiación solar y la composición de las mismas.

Por lo tanto, si uno piensa en inventar un cemento fosforescente o cemento emisor de luz, tiene que enfrentar los retos de hacer un cambio en la microestructura del cemento mismo, para que permita el paso de la luz a su interior y, posteriormente, la luz generada en el interior del cemento salga al exterior. El reto mayor es que no se deben utilizar polímeros sintéticos o resinas orgánicas porque debemos crear nuevos materiales y nuevos productos sin afectar el medio ambiente y, por otro lado, debe resistir la radiación ultravioleta sin deteriorarse. La solución fue encontrada en la química inorgánica: producir un cemento con propiedades ópticas diferentes permitiendo la transmisión y reflexión de la luz.

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Imagen de la microestructura de un cemento Portland (comercial) que produce cuerpos opacos y la luz no puede ser transmitida a su interior.

El cemento emisor de luz se obtiene por un proceso de policondensación, es como fundir azúcar y obtener un caramelo, pero de materias primas como sílice (arena de río), desechos industriales (industria acerera, por ejemplo), álcalis (hidróxidos de sodio o potasio) y agua. El proceso se realiza a temperatura ambiente y no requiere hornos o altos consumos de energía y, por lo tanto, la contaminación por su elaboración es baja comparada con el cemento Portland tradicional y los plásticos sintéticos.

Primero cargándose con luz natural o artificial y posteriormente, en la oscuridad, emitiendo esa luz. La emisión de luz puede llegar a las 12 horas (toda la noche) cargado el cemento previamente por un periodo similar (durante el día).

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Imagen de microestructura del cemento emisor de luz.

Las aplicaciones son muy amplias, dentro de las que más destacan están el mercado arquitectónico: fachadas, piscinas, baños, cocinas, estacionamientos, etcétera; en la seguridad vial y señalamientos; en el sector de generación de energía, como plataformas petroleras; y en cualquier lugar que se desee iluminar o marcar espacios que no tengan acceso a instalaciones eléctricas, dado que no requiere un sistema de distribución eléctrica y se recarga solo con la luz. La durabilidad del cemento emisor de luz se estima mayor a los 100 años por su naturaleza inorgánica, y es fácilmente reciclable por sus componentes materiales.

El cemento emisor de luz puede ser útil para cualquier sector que desee utilizarlo para generar espacios iluminados con energía totalmente sustentable y sin costos de mantenimiento o generación una vez que sea instalado.

Actualmente este material se encuentre en etapa de transferencia y comercialización y se busca su aplicación en yeso y otros productos de construcción, fue una sensación en Europa y muchas empresas se encuentran en desarrollo de patentes e ideas en base a este cemento.

¿Que ideas les genera este nuevo material?

Saludos.

Referencias:

  • Agencia ID, “Buscan iluminar carreteras con cemento emisor de luz”. La Jornada en Línea. México 29-04-16
  • Nistela VillaSeñor “Crean cemento emisor de luz para la construcción” Recuperado de www.concytprensa.mx

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