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Materiales Nanoestructurados de Base Polimérica:Fenómenos de Interfase en Relación con susPropiedades y Aplicaciones Avanzadas
INTERFASES (S-0505/MAT-0227)
Foro madri+d de Materiales y Nanotecnología
Leganés, 7 de Octubre 2008
Eduardo Ruiz-Hitzky, ICMM-CSICCoordinador: Juan Baselga
Objetivo
l Comprender el efecto de las interfases en las propiedades mecánicas, tribológicas, térmicas y eléctricas, de materiales de base polimérica meso- y nano-estructurados
üPunto de unión: materiales aplicados de base polimérica
üCapacidades complementarias entre grupos
Grupos
l Universitarios (6)l Consejo Superior de Investigaciones
Científicas (3)l Empresas (4)
UNED-FIS
UAH
CSIC-QFP
CSIC-FQAUCM
UPM
UC3M
CSIC-ICMM
UNED-GDMCH
Miembros : Universidades y CSIC
Universidades: 6 gruposCSIC: 3 grupos
• 46 investigadores• 1 técnico de gestión
l Euroortodoncia– Producción de materiales dentales de base
polimérica, cerámica y metálical Airbus
– Preparación, evaluación y producción de adhesivos, materiales compuestos y nanocomposites
l Arquímea Ingeniería– Materiales para la defensa. Sensores y actuadores
l Tolsa– Producción y modificación de nanocargas basadas
en arcillas especiales, fundamentalmente sepiolita
Miembros del Consorcio: Empresas
Líneas de trabajo
Objetivo 1Interfases y
Nano-estructuras
Objetivo 2Membranas y Celdas
de Combustible
Objetivo 3Nanocomposites y
Adhesivos
Objetivo 1Interfases y
Nano-estructuras
Objetivo 2Membranas y Celdas de
Combustible
Objetivo 3Nanocomposites y
Adhesivos
Interacciones entre grupos
Tema Grupos
Modificación Química
ICMM, FQA, UC3M, Tolsa Cargas inorgánicas
Dispersión ICMM, UC3M, UPM
Multicapas UCM, QFP, UNED, UAH Uso de cargas dispersas Membranas UC3M, QFP, UCM, UNED
Interfases polímero-carga y polímero-polímero
UCM, UNED, UC3M, UAH, UPM, FQA, Tolsa
Comportamiento composites y adhesivos
ICMM, UC3M, UPM, UCM, UNED, FQA, Euroortodoncia, Airbus, Tolsa, Arquimea Ingeniería
Resultados destacables (1)
l Nanocomposites poliméricos fotocurables: control de la interfasecarga-polímero hν
Nanocomposite
Fotoiniciador
Nanoaditivo tratadosuperficialmente
hνhν
Nanocomposite
Fotoiniciador
Nanoaditivo tratadosuperficialmente
Nanocomposite
Fotoiniciador
Nanoaditivo tratadosuperficialmente
Adhesivo acrílico
l SENSORES FLUORESCENTES basados en dendrímeros funcionalizadoscon grupos fluorescentes en la periferia: emisión sensible a la variación de pH en el medio
Núcleo
Interior
Superficie -Estructura globular compacta-Materiales con propiedades específicas por modificación superficial controlada
l Nanocomposites híbridos en gradiente: control de la interfase polímero-polímero
Temperaturaambiente
40ºC 50ºC 60ºC
70ºC 80ºC 90ºC 100ºC
Interés en materiales termoestables hidrofóbicos y tenaces
Resultados destacables (2)
20µm
l Copolímeros en bloque: autoensamblaje y nuevas topologías
Nuevas nano- / micro-partículas reforzantes: control interfacial polímero-polímero
Resultados destacables (3)
Las nuevas topologías de tipo tetraédrico se forman por autoensamblado en disolución de copolímeros tribloque con un bloque central de policaprolactamay dos bloques laterales de tipo acrílico.
Resultados destacables (4)
organoarcilla
Si Si
OH
O
SiO
O H
OSi Si
OH
O
SiO
O H
O
Si Si
SiO
O H
OH
O
O
Si Si
SiO
O H
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O
O
Si Si
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O H
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OH
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O H
O
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SiO
O H
O H
O
O
Si Si
SiO
O H
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O H
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SiO
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O
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O H
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SiO
O H
O H
O
O
Si Si
SiO
O H
O H
O
O
Nanocompositesílice-organoarcilla
Si Si
OH
O
SiO
OH
OSi Si
OH
O
SiO
OH
O
Si Si
SiO
OH
O H
O
O
Si Si
SiO
OH
O H
O
O
Si Si
OH
O
SiO
O H
OSi Si
OH
O
SiO
O H
O
Nanocompositesílice-arcilla
Si(OCH3)4
• Nanocomposites inorgánicos-inorgánicos
TiO2 nanoparticles
sepiolite microfibers
TiO2 nanoparticles
sepiolite microfibers
• Bio-nanocomposites: auto-ensamblaje de biopolímeros y silicatos
Resultados destacables (5)
MATERIALES CELULARES BIO-INSPIRADOS ULTRA-LIGEROS• Buenas propiedades mecánicas • Ignífugos/ retardantes de llama• Respetuosos con el medio ambiente/ biocompatibles• Aislantes eléctricos, térmicos y acústicos• Densidad aparente: <50 Kg.m-3
Densidad:0.02 g/cm3
• Autoensamblado electrostático: multicapas poliméricas
Resultados destacables (6)
Autoensamblado de policationes y polianiones en una interfase burbuja/líquido.
Resultados destacables (7)
• Superficies superhidrofóbicasProblema: Mover la gota sin contacto.Solución: Partículas superparamagnéticas + campo magnético externo.
Diámetro: 6 a 9 µmMs ~ 210 emu/gr
Diámetro: 20 -50 nm; Espaciado: 60-100 nm; Altura: ~2 µm
Campomagnético
Agregación de partículas: cadenas o clusters.
Micropartículas paramagnéticas
Sistema Experimental
4
3
2
1
C2H2
H2
N2
Fe(CO)5T = 0ºC
N2(1) = 50– 500 mL/minN2(2) + N2(1) = 2000 mL/minH2(3) = 40 mL/minC2H2(4) = 40 mL/min
Horno: Tª = 750 ºC
Síntesis de nanotubos de carbono (CNTs) (método del catalizador flotante)
Patente Nº P200401633, “Nuevo sistema multitubular para la síntesis de nanotubos de carbono en fase gas”
50 mL/min 100 mL/min 150 mL/min
200 mL/min 300 mL/min 500 mL/min
Resultados destacables (8)
l Métodos teóricos: - Simulación por dinámica molecular del mecanismo de conducción de
protones a través de membranas poliméricas. - Estudios microestructurales de poli-rotaxanos: justificación teórica de
NOESY
Estudio del mecanismo de conducción
Amorphouszone
Crystallinezone
Amorphouszone
Estudio de la microestructura de polirrotaxanos
Resultados destacables (9)
Fuentes de financiación
l Presupuesto total aproximado (2006-2009): 4.000 K€
l Fuentes de financiación: pública (regional, estatal y europeo) y privada (empresas nacionales y extranjeras)
l Participación de empresas en contratos y proyectos de investigación:
– Airbus: financia dos proyectos de investigación– Euroortodoncia: proyectos de investigación conjuntos – Tolsa: proyectos de investigación conjuntos – Arquímea Ingeniería socio en un proyecto de investigación europeo– Transpacific Resources: financia un proyecto de investigación– Consorcio de Pizarras: financia un proyecto de investigación– L’Oreal: financia un proyecto de investigación– Dow Chemical: financia un proyecto de investigación– Zermatt: colaboración actividades sobre polietileno
– Trisermedín: colaboración actividades sobre prótesis
Equipos singulares: Adquisiciones
l Microscopio electrónico de barrido con cátodo de emisión de campo (FE-SEM). (450.000 €)– 130.000 € INTERFASES– 300.000 € MAT2006-26585-E – CSIC: locales, instalación
mantenimiento y técnico (ICMM)
l Espectrómetro FTIR con sistema de imagen: Nicolet Continuum(91.000 €)
– 35.000 € INTERFASES– 56.000 € MAT2003-01591;
MAT2006- 02123
Resumen y conclusiones
l El conocimiento y control de las interfases, en su máxima generalidad, permite avanzar en el desarrollo de nuevos materiales y nuevas aplicaciones.
Resumen y conclusiones
l El conocimiento y control de las interfases, en su máxima generalidad, permite avanzar en el desarrollo de nuevos materiales y nuevas aplicaciones.
l El Consorcio INTERFASES es MÁS que la SUMA de los grupos.– Se ha realizado un gran esfuerzo en Coordinación y Gestión del Consorcio, de cada
grupo y de la colaboración con las empresas.
Resumen y conclusiones
l El conocimiento y control de las interfases, en su máxima generalidad, permite avanzar en el desarrollo de nuevos materiales y nuevas aplicaciones.
l El Consorcio INTERFASES es MÁS que la SUMA de los grupos.– Se ha realizado un gran esfuerzo en Coordinación y Gestión del Consorcio, de cada
grupo y de la colaboración con las empresas.
l El enfoque multidisciplinar en un entorno colaborativo ha potenciado las capacidades de los grupos y crea valor
– Logramos una producción científica competitiva– Ampliamos la cadena de generación de conocimiento: desde la investigación básica
hasta el desarrollo tecnológico– Nuevas ideas y nuevas aplicaciones– Abordamos problemas más complejos– Valor añadido en las relaciones con empresas: UN interlocutor, MUCHOS cerebros– Gestión y distribución MÁS EFICIENTE de los recursos humanos y financieros– Ventajas de la GESTIÓN PROFESIONALIZADA
Resumen y conclusiones
l El conocimiento y control de las interfases, en su máxima generalidad, permite avanzar en el desarrollo de nuevos materiales y nuevas aplicaciones.
l El Consorcio INTERFASES es MÁS que la SUMA de los grupos.– Se ha realizado un gran esfuerzo en Coordinación y Gestión del Consorcio, de cada
grupo y de la colaboración con las empresas.
l El enfoque multidisciplinar en un entorno colaborativo ha potenciado las capacidades de los grupos y crea valor
– Elevada producción científica (en dos años > 60 publicaciones; impacto medio ~ 3)– Ampliamos la cadena de generación de conocimiento: desde la investigación básica
hasta el desarrollo tecnológico– Nuevas ideas y nuevas aplicaciones– Abordamos problemas más complejos– Valor añadido en las relaciones con empresas: UN interlocutor, MUCHOS cerebros– Gestión y distribución MÁS EFICIENTE de los recursos humanos y financieros– Ventajas de la GESTIÓN PROFESIONALIZADA
l FUTURO: consolidación del consorcio abierto a nuevos grupos, empresas, centros tecnológicos,.. Alianzas con otras redes, etc.
... pero hay que continuar aprendiendo a trabajar en grupo…
A todos:
¡Muchas gracias por su atención!
