Materiales Nanoestructurados de Base Polimérica: Fenómenos de Interfase en Relación con sus Propiedades y Aplicaciones Avanzadas

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1 Materiales Nanoestructurados de Base Polimérica: Fenómenos de Interfase en Relación con sus Propiedades y Aplicaciones Avanzadas Coordinador: Juan Baselga INTERFASES (S-0505/MAT-0227) Foro madri+d de Materiales y Nanotecnología Leganés, 7 de ctubre 2008 Eduardo Ruiz-Hitzky, ICMM-CSIC

2 bjetivo Comprender el efecto de las interfases en las propiedades mecánicas, tribológicas, térmicas y eléctricas, de materiales de base polimérica meso- y nano-estructurados Punto de unión: materiales aplicados de base polimérica Capacidades complementarias entre grupos

3 Grupos Universitarios (6) Consejo Superior de Investigaciones Científicas (3) Empresas (4)

4 Miembros : Universidades y CSIC Universidades: 6 grupos CSIC: 3 grupos 46 investigadores 1 técnico de gestión UAH UNED-FIS UNED- GDMCH CSIC-ICMM UC3M CSIC-QFP CSIC-FQA UCM UPM

5 Miembros del Consorcio: Empresas Euroortodoncia Producción de materiales dentales de base polimérica, cerámica y metálica Airbus Preparación, evaluación y producción de adhesivos, materiales compuestos y nanocomposites Arquímea Ingeniería Materiales para la defensa. Sensores y actuadores Tolsa Producción y modificación de nanocargas basadas en arcillas especiales, fundamentalmente sepiolita

6 Líneas de trabajo bjetivo 1 bjetivo 1 Interfases y Interfases Nanoestructuras y Nanoestructuras bjetivo 2 bjetivo 2 Membranas y Celdas de Membranas Combustible y Celdas de Combustible bjetivo 3 bjetivo 3 Nanocomposites y Nanocomposites Adhesivos y Adhesivos

7 Interacciones entre grupos Tema Cargas inorgánicas Modificación Química Dispersión Grupos ICMM, FQA, UC3M, Tolsa ICMM, UC3M, UPM Uso de cargas dispersas Multicapas Membranas Interfases polímero-carga y polímero-polímero Comportamiento composites y adhesivos UCM, QFP, UNED, UAH UC3M, QFP, UCM, UNED UCM, UNED, UC3M, UAH, UPM, FQA, Tolsa ICMM, UC3M, UPM, UCM, UNED, FQA, Euroortodoncia, Airbus, Tolsa, Arquimea Ingeniería

8 Resultados destacables (1) Nanocomposites poliméricos fotocurables: control de la interfase carga-polímero hν Fotoiniciador Adhesivo acrílico Nanoaditivo tratado superficialmente Nanocomposite SENSRES FLURESCENTES basados en dendrímeros funcionalizado con grupos fluorescentes en la periferia: emisión sensible a la variación de ph en el medio Superficie Interior Núcleo -Estructura globular compacta -Materiales con propiedades específicas por modificación superficial controlada

9 Resultados destacables (2) Nanocomposites híbridos en gradiente: control de la interfase polímero-polímero Temperatura ambiente 40ºC 50ºC 60ºC 70ºC 80ºC 90ºC 100ºC Interés en materiales termoestables hidrofóbicos y tenaces

10 Resultados destacables (3) Copolímeros en bloque: autoensamblaje y nuevas topologías 20µm Las nuevas topologías de tipo tetraédrico se forman por autoensamblado en disolución de copolímeros tribloque con un bloque central de policaprolactama y dos bloques laterales de tipo acrílico. Nuevas nano- / micro-partículas reforzantes: control interfacial polímero-polímero

11 Resultados destacables (4) Nanocomposites inorgánicos-inorgánicos H H H H H H (CH3) 4 organoarcilla H H H H H H H H Nanocomposite sílice-organoarcilla Nanocomposite sílice-arcilla Ti2 nanoparticles sepiolite microfibers

12 Resultados destacables (5) Bio-nanocomposites: auto-ensamblaje de biopolímeros y silicatos Densidad:0.02 g/cm 3 MATERIALES CELULARES BI-INSPIRADS ULTRA- LIGERS Buenas propiedades mecánicas Ignífugos/ retardantes de llama Respetuosos con el medio ambiente/ biocompatibles Aislantes eléctricos, térmicos y acústicos Densidad aparente: <50 Kg.m -3

13 Resultados destacables (6) Autoensamblado electrostático: multicapas poliméricas Autoensamblado de policationes y polianiones en una interfase burbuja/líquido.

14 Resultados destacables (7) Superficies superhidrofóbicas Problema: Mover la gota sin contacto. Solución: Partículas superparamagnéticas + campo magnético externo. Micropartículas paramagnéticas Campo magnético Diámetro: 6 a 9 µm Ms ~ 210 emu/gr Agregación de partículas: cadenas o clusters. Diámetro: nm; Espaciado: nm; Altura: ~2 µm

15 Patente Nº P , Nuevo sistema multitubular para la síntesis de nanotubos de carbono en fase gas Resultados destacables (8) Síntesis de nanotubos de carbono (CNTs) (método del catalizador flotante) stema Experimental Horno: Tª = 750 ºC 50 ml/min 100 ml/min 150 ml/min C 2 H 2 4 H 2 N ml/min 300 ml/min 500 ml/min 1 Fe(C) 5 T = 0ºC N 2 (1) = ml/min N 2 (2) + N 2 (1) = 2000 ml/min H 2 (3) = 40 ml/min C 2 H 2 (4) = 40 ml/min

16 Resultados destacables (9) Métodos teóricos: - mulación por dinámica molecular del mecanismo de conducción de protones a través de membranas poliméricas. - Estudios microestructurales de poli-rotaxanos: justificación teórica de NESY Amorphous zone Amorphous zone Crystalline zone Estudio de la microestructura de polirrotaxanos Estudio del mecanismo de conducción

17 Fuentes de financiación Presupuesto total aproximado ( ): K Fuentes de financiación: pública (regional, estatal y europeo) y privada (empresas nacionales y extranjeras) 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 real: financia un proyecto de investigación Dow Chemical: financia un proyecto de investigación Zermatt: colaboración actividades sobre polietileno Trisermedín: colaboración actividades sobre prótesis

18 Equipos singulares: Adquisiciones Microscopio electrónico de barrido con cátodo de emisión de campo (FE-SEM). ( ) INTERFASES MAT E CSIC: locales, instalación mantenimiento y técnico (ICMM) Espectrómetro FTIR con sistema de imagen: Nicolet Continuum ( ) INTERFASES MAT ; MAT

19 Resumen y conclusiones El conocimiento y control de las interfases, en su máxima generalidad, permite avanzar en el desarrollo de nuevos materiales y nuevas aplicaciones.

20 Resumen y conclusiones El conocimiento y control de las interfases, en su máxima generalidad, permite avanzar en el desarrollo de nuevos materiales y nuevas aplicaciones. 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.

21 Resumen y conclusiones El conocimiento y control de las interfases, en su máxima generalidad, permite avanzar en el desarrollo de nuevos materiales y nuevas aplicaciones. 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. 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, MUCHS cerebros Gestión y distribución MÁS EFICIENTE de los recursos humanos y financieros Ventajas de la GESTIÓN PRFESINALIZADA

22 Resumen y conclusiones El conocimiento y control de las interfases, en su máxima generalidad, permite avanzar en el desarrollo de nuevos materiales y nuevas aplicaciones. 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. 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, MUCHS cerebros Gestión y distribución MÁS EFICIENTE de los recursos humanos y financieros Ventajas de la GESTIÓN PRFESINALIZADA FUTUR: consolidación del consorcio abierto a nuevos grupos, empresas, centros tecnológicos,.. Alianzas con otras redes, etc.

23 A todos: Muchas gracias por su atención!