Crean cristal para gafas con mayor resistencia a la luz ultravioleta

ediante la adición de óxido de cerio y el empleo de vidrio de fosfato en lugar de los vidrios de silicato de uso común, investigadores e ingenieros norteamericanos de Penn State University han creado un nuevo material que podría emplearse para desarrollar gafas capaces de bloquear la luz ultravioleta, además de aumentar su resistencia a los daños por otros tipos de radiación. Al mismo tiempo, el cristal no dejaría de ser incoloro.

Los cristales de fosfato con cerio tendrían además muchas otras aplicaciones comerciales, como por ejemplo en ventanas y células solares, además de las mencionadas gafas recetadas y de sol. Esta investigación fue difundida a través de una nota de prensa de Penn State University y publicada en el Journal of Non-Crystalline Solids.

De acuerdo a los propios responsables de la investigación, el propósito inicial fue llegar a obtener mayores cantidades de cerio en el cristal, para así aprovechar sus propiedades beneficiosas. Posteriormente, se comenzaron a investigar las propiedades de los cristales. Vale recordar que durante años el cerio se ha añadido al vidrio de silicato para aumentar su capacidad de absorción de luz ultravioleta.

Sin embargo, el problema ha sido siempre que el vidrio de silicato soporta solamente una determinada cantidad de cerio y posteriormente se satura. Además, cuando presenta altas concentraciones de cerio el vidrio de silicato comienza a tornarse amarillo, una característica altamente indeseable para aplicaciones como ventanas o gafas de sol, por ejemplo.
Mayor flexibilidad

Por el contrario, el cristal de fosfato tiene una estructura más flexible, que permite incorporar un mayor porcentaje de cerio antes que el vidrio comience a tomar color. De esta manera, los ingenieros a cargo de la investigación sintetizaron y compararon 11 cristales diferentes con distintas concentraciones de cerio, aluminio, fósforo y sílice.

En el marco del Penn State's Materials Research Institute, descubrieron así que podrían obtenerse gafas de fosfato con una concentración 16 veces mayor de óxido de cerio en comparación con los vidrios de silicato, manteniendo la misma coloración e incrementando la capacidad de absorción de la luz ultravioleta.

De esta manera, se obtiene una mayor cantidad de cerio en el vidrio fosfatado sin sacrificar la transmisión óptica. La causa principal de este avance sería un cambio en los rangos de absorción de luz ultravioleta de los dos estados de cerio - cerio (III) y Ce (IV) - que pueden hallarse en el cristal, que variarían entre el vidrio de silicato y el de fosfato.

Además de su aplicación en el terreno de la óptica, este avance podría ser muy útil en el campo de las células solares. Sucede que si se agrega cerio al vidrio empleado en estos dispositivos se podría evitar que la luz ultravioleta llegue hasta las células fotovoltaicas, lo que podría aumentar su ciclo de vida.
Múltiples ventajas

Asimismo, las adiciones de cerio no solamente bloquean la luz ultravioleta, sino que además el aumento de la concentración de cerio en el cristal puede aumentar su resistencia al daño de la radiación de los rayos X y rayos gamma, entre otras ventajas de indudable trascendencia en su uso industrial.

La capacidad para bloquear la radiación en sus diferentes tipos incrementaría en gran medida el tiempo útil de los cristales. Para entender esto, los investigadores pusieron como ejemplo lo que ocurre con una botella de Coca-Cola con el paso del tiempo: se oscurece por exposición a la radiación. Este efecto es el que podría retrasarse con este nuevo descubrimiento.

Por último, la investigación también se ha centrado en descubrir qué estado de cerio es el que prevalece en esta nueva composición en los vidrios de fosfato. Para ello se ha aplicado la X-espectroscopia de fotoelectrones de rayos, una tecnología indicada en estos casos.

De esta manera se podría determinar si el cerio se presenta en su mayoría en el estado III ó IV o en una relación igualitaria entre los dos. El resultado fue que las gafas analizadas presentaron aproximadamente un 95 por ciento de cerio III. La National Science Foundation y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos financiaron esta investigación.