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Materiales Funcionales Nanoestructurados

Broad objectives:
Development of advanced materials with improved functionalities for solar cells, sensors, functional coatings,...
Specific objectives:
Development of materials to achieve more efficient low-cost solar cells
Specific advantages
Solid background in preparation techniques (plasma, wet chemical synthesis) of a wide range of nanostructured materials, some of which we have pioneered (solid dye thin films, nanoparticle multilayers), Pioneer works in the field of design and integration of photonic nanostructures in solar cells and sensors, Participation in or Coordination of large Spanish and European consortia with similar scientific and technological goals; Well-established links to industrial partners

Arquitecturas de multicapas nanostructuradas para el desarrollo de dispositivos optofluídicos sensores y procesos de funcionalización superficial avanzada (NANOFLOW)



Investigador Principal: Angel Barranco Quero y Francisco Yubero Valencia
Periodo: 31-12-2016 / 31-12-2019
Organismo Financiador: Agencia Estatal de Investigación (AEI) y Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDRE)
Código: MAT2016-79866-R
Componentes: Agustín R. González-Elipe, José Cotrino Bautista, Juan Pedro Espinós Manzorro, Fabián Frutos (US), Ana I. Borrás Martos, Alberto Palmero Acebedo, Victor Rico Gavira, Ricardo Molina (IQAC-CSIC), Fernando Lahoz (ULL), Xerman de la Fuente (ICMA-CSIC), Jesús Cuevas (US), M. Fe Laguna (UPM), Antonio Rodero (UCO), M. Carmen García (UCO)

Resumen [+]

NANOFlow es un projecto multidisciplinar que persigue el desarrollo de nuevos dispositivos optofluídicos mediante la integración de materiales nanostructurados multifuncionales. El proyecto está sólidamente fundamentado en la experiencia de los componentes del grupo de investigación en campos como la síntesis de películas multifuncionales, procesos avanzados de modificación de superficies y en el desarrollo de dispositivos fotónicos multicapa. El objetivo principal de este proyecto de investigación es combinar e integrar los distintos métodos avanzados de síntesis y procesado disponibles en la fabricación de dispositivos optofluídicos singulares que sean capaces de responder a la presencia de líquidos mediante un cambio físico. La combinación de este tipo de procesos de integración junto con el desarrollo de nuevos métodos de de detección fotónica, el uso de microplasmas de gran área como fuentes de luz y de sustratos flexibles que incorporan elementos sensores definen un conjunto muy rico de posibilidades de desarrollo de aplicaciones prácticas que se explorarán en el proyecto. Además, en el proyecto también se llevarán a cabo estudios de simulación de crecimiento de películas delgadas que, en combinación con estudios de diagnosis, permitirán ajustar los procesos de crecimiento para conseguir la funcionalidades requeridas. De esta forma, el proyecto NANOFlow intenta cubrir toda la cadena tecnológica que va desde el desarrollo de nuevos materiales hasta la aplicación final incluyendo estudios de caracterización, rutas sintéticas flexibles, búsqueda de procesos alternativos de bajo costo y alto rendimiento (por ejemplo métodos de fabricación empleando plasmas a presión atmosférica), integración de dispostivos y test de éstos en condiciones reales.

Las actividades de desarrollo planteadas en NANOFlow culminan en el desarrollo de tres tipos de dispositivos innovadores como son: las etiquetas inteligentes con actividad sensora y posibilidad de usarse como sistemas de trazabilidad y anticopia (por ejemplo integrados en el empaquetado de productos alimentarios), un dispositivos optofluídico multisensor versátil y un sistema de limpieza optofluídico fotocatalítico que integra una microplasma emisor de luz, interruptores ópticos de luz UV y visible actuados por líquidos y una superficie fotocatalítica nanoestructurada. Los tres dispositivos funcionan sobre la base de una actuación o respuesta optofluídica y están diseñados para poder usarse de forma directa en sistemas de detección, manipulación y monitorización de líquidos.

Las actividades de investigación en los distintos paquetes de trabajo del proyecto y los dispositivos finales se han propuesto para responder al Reto nº 2 de la convocatoria referida a  “Seguridad y calidad alimentaria”. Además, algunas de las actividades del proyecto, por ejemplo el tercer dispositivo, están también relacionados con el Reto nº 3 “Energía Segura, eficiente y limpia”. Es interesante indicar que las actividades propuestas en NANOFlow son de particular relevancia en el contexto geográfico de Andalucía donde la agricultura, la producción de alimentos y la energía son tres de los más relevantes sectores estratégicos.


Materiales ópticos basados en nanofósforos para la próxima generación de dispositivos emisores de luz



Investigador Principal: Gabriel S. Lozano Barbero
Periodo: 12-12-2016 / 31-03-2022
Organismo Financiador: European Commission STARTING GRANT
Código: H2020-ERC-STG/0259
Componentes:

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El desarrollo de fuentes de luz eficientes y respetuosas con el medio ambiente constituye una parte esencial de la estrategia mundial para reducir el consumo mundial de electricidad. Los diodos emisores de luz (LED de sus siglas en inglés) emergen como la alternativa a la iluminación convencional, debido a su alta eficiencia de conversión de energía, larga vida útil, conmutación rápida, robustez y tamaño compacto. Sin embargo, su implementación en la industria electrónica de consumo se ve obstaculizada por el control limitado sobre el brillo, la calidad del color y la direccionalidad de la emisión de LED que proporcionan los elementos ópticos convencionales cuyo funcionamiento se basa en la óptica geométrica.

Este proyecto explora nuevas formas de controlar las propiedades de emisión de nanomateriales luminiscentes, superando los límites impuestos por la óptica convencional, mediante el uso de arquitecturas nanofotónicas. El desarrollo de materiales ópticos fiables y escalables basados en nanofósforos permitirá un control espectral y angular fino sobre la emisión de luz, abordando las deficiencias que los LED actuales presentan. El nuevo diseño óptico de estos dispositivos estará basado en la integración de multicapas ópticas, texturas superficiales, y nano dispersores de composición, tamaño y forma controlados, para obtener materiales que posean propiedades ópticas que faciliten un control preciso de la radiación visible.

Nanophom permitirá mejorar nuestra comprensión sobre fenómenos fundamentales como la formación de modos fotónicos en medios ópticos complejos a los que se puede acoplar la luz, así como avanzar en el desarrollo de dispositivos de iluminación de estado sólido de alta eficiencia.


Superficies super-hielofóbicas para prevenir la formación de hielo en aeroplanos



Investigador Principal: Agustín R. González-Elipe
Periodo: 01-02-2016 / 31-01-2019
Organismo Financiador: Union Europea
Código: H2020-TRANSPORT/0149
Componentes:

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La acumulación de hielo representa un grave problema para los aviones, ya que la presencia incluso de una capa apenas visible puede limitar seriamente la funcionalidad de las alas, las hélices, los parabrisas, las antenas, las rejillas de ventilación, las tomas de aire y las cubiertas. El Proyecto PHOBIC2ICE tiene como objetivo desarrollar tecnologías y herramientas de simulación predictiva para evitar o mitigar este fenómeno.
El proyecto PHOBIC2ICE, mediante la aplicación de un enfoque innovador de simulación y modelado, permitirá el diseño y fabricación de superficies hielofóbicas con funcionalidades mejoradas. Se desarrollarán varios tipos de recubrimientos poliméricos, metálicos e híbridos usando diferentes métodos de deposición. Se prepararán superficies tratadas con láser y anodizadas. En consecuencia, el proyecto se centra en la recopilación de conocimientos fundamentales sobre los fenómenos asociados con los problemas de repulsión de hielo. Este conocimiento dará una mejor comprensión del proceso de acreción de hielo en diferentes superficies modificadas y recubiertas. La infraestructura de investigación certificada (túnel de viento de hielo) y las pruebas de vuelo previstas ayudarán a desarrollar soluciones integrales para abordar la cuestión de la formación de hielo y elevarán el nivel de innovación del Proyecto.
La solución propuesta será respetuosa con el medio ambiente, contribuirá a la reducción del consumo de energía y ayudará a eliminar la necesidad de procedimientos frecuentes de deshielo sobre suelo. Esto contribuirá a la reducción del coste, la contaminación y el retraso de vuelo. 

http://cordis.europa.eu/project/rcn/199478_en.html


Un proceso completo integrado de vacío y plasma para la síntesis de celdas solares de perovskita planares y en 1D



Investigador Principal: Angel Barranco Quero
Periodo: 01-01-2016 / 31-12-2017
Organismo Financiador: Union Europea
Código: H2020-MSCA-IF-2014, Project ID: 661480
Componentes: Juan Ramón Sánchez Valencia

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Las celdas solares (CS) –dispositivos que transforman luz en electricidad- han sido objeto de numerosos estudios en las últimas décadas ya que representan una prometedora vía para aprovechar la energía solar. Recientemente, las CS basadas en perovskita están recibiendo una gran atención debido a su bajo coste y alta eficiencia. Son muy prometedoras como alternativa a las actuales, pero aún necesitan avanzar para alcanzar más alta eficiencia, durabilidad y reproducibilidad, a la vez que requieren métodos de síntesis compatibles con la producción actual de dispositivos microelectrónicos a escala de oblea de silicio. Estas recientes CS son fabricadas usualmente por métodos húmedos que presentan desventajas como contaminaciones o reacciones químicas en las intercaras que pueden llevar a un deterioro del funcionamiento de la CS.

PlasmaPerovSol tiene como objetivo principal la fabricación de una celda solar de perovskita completa mediante un proceso integrado de vacío y plasma llevado a cabo bajo el concepto de un solo reactor. Los diferentes componentes de la CS se depositarán secuencialmente en un reactor de vacío evitando la exposición de los materiales e intercaras al aire o disolventes. La tecnología de deposición asistida por plasma desarrollada por el grupo receptor permite la fabricación de películas altamente conformales sobre una amplia variedad de templates.Esta aproximación se propone para fabricar multicapas conformales sobre materiales unidimensionales, con el que se mejorarán numerosos aspectos de las CS. Los procesos de vacío y plasma presentan como ventajas una alta reproducibilidad, pureza y control estequiométrico en la deposición. La síntesis propuesta es compatible con la producción a escala industrial y permite la fabricación de CS en sustratos procesables y flexibles. Al mismo tiempo, las bajas temperaturas utilizadas la hacen compatible con la tecnología actual de dispositivos microelectrónicos, y mediante el uso de máscaras permiten su integración en dispositivos preformados

http://cordis.europa.eu/project/rcn/196104_es.html

 


Válvulas de espín orgánicas e híbridas orgánica-inorgánicas en nanofibras soportadas, producidas por técnicas avanzadas de deposición en vacío y asistidas por plasma



Investigador Principal: Víctor López-Flores
Periodo: 01-10-2015 / 30-09-2017
Organismo Financiador: Junta de Andalucia
Código: TAPOST-234
Componentes: Supervisor: Ana Borrás Martos. Cmponentes: Angel Barranco Quero, Francisco Aparicio, Juan Ramón Sánchez Valencia

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La transición a la electrónica orgánica requiere de nuevos elementos en la escala nanométrica compuestos por materiales orgánicos, lo que proporciona dispositivos flexibles, transparentes y baratos. Entre los dispositivos electrónicos, las válvulas de espín han destacado por su rápida transición desde la fase experimental a los productos de uso común, pero aún no se ha fabricado una válvula de espín orgánica que sea fiable. El objetivo científico de este proyecto es llenar ese vacío. Mediante el uso de métodos nanotecnológicos avanzados y escalables industrialmente, pretendemos producir una válvula de espín híbrida orgánica-inorgánica, y puramente orgánica en la forma de una nanofibra soportada de 200 nm de grosor y varias micras de longitud, con la multicapa de la válvula de espín depositada concéntricamente. Las técnicas de fabricación principales seran la deposición física en fase vapor de materiales orgánicos (O-PVD), la deposición química en fase vapor asistida por plasma (PE-CVD), y la deposición en vacío asistida por plasma remoto (RPAVD). Las medidas de magnetoresistencia se efectuarán por microscopía de fuerza atómica con sonda conductora (CP-AFM), que dará la medida definitiva de la calidad de la muestra producida.

El proyecto se desarrollará en el gripo Nanotecnología en Superficies (NanoOnSurf) del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla, localizado en el centro de investigación multidisciplinar CicCartuja (Sevilla, España). Las técnicas de síntesis y cartacterización más avanzadas, desarrolladas dentro del grupo de investigación serán la clave para el éxito de este proyecto.

Este proyecto está directamente relacionado con el Programa de Trabajo Horizonte 2020, capítulo 5.i (2014-2015), acción ICT3 – 2014: “Tecnologías avanzadas en electrónica delgada, orgánica y de gran área”, y por tanto se espera un gran impacto del mismo en el futuro de la industria electrónica europea.


PhoLED – Nanoestructuras fotónicas para dispositivos emisores de luz



Investigador Principal: Hernán Míguez García
Periodo: 1-09-2015 / 31-08-2017
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: EU144490_01 Marie Curie Actions
Componentes: Dongling Geng

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Este proyecto ha recibido financiación del Programa H2020 de la Unión Europea para la investigación, desarrollo tecnológico y demostración en virtud del acuerdo de subvención número 657434.

El proyecto PHOLED pretende superar en gran medida el rendimiento óptico de los emisores de luz concebidos para aplicaciones de iluminación que existen en el mercado actualmente, y contribuir a resolver algunas de las principales limitaciones técnicas que presenta la tecnología actual. Este proyecto tiene como objetivo la integración de nanoestructuras novedosas y emisores ópticos, tales como puntos cuánticos coloidales o nanofósforos, para producir la próxima generación de dispositivos emisores de luz en los que se dispondrá de un control espectral y angular completo sobre las propiedades de emisión. El enfoque se centra en el desarrollo de: i) nuevas rutas de síntesis para lograr nanofósforos eficientes, y ii) estrategias de preparación y transformación, basadas en texturas superficiales y dispersores coloidales, para alcanzar nanoestructuras ópticas de gran área que posean propiedades fotónicas que permitan un control preciso sobre la intensidad, la distribución angular y la calidad del color de la emisión de luz. Los resultados obtenidos en este proyecto proporcionarán un avance significativo tanto en la comprensión de fenómenos fundamentales, como en el desarrollo de dispositivos de iluminación de estado sólido versátiles de eficiencia optimizada, con el objetivo de superar los obstáculos técnicos y maximizar el rendimiento. El resultado del proyecto es doble: una expansión sustancial de la preparación de nanoestructuras ópticos para controlar la interacción luz-materia, y la realización práctica de dispositivos emisores de luz nanoestructurados con propiedades sin precedentes.


Nanoestructuras Fotónicas para Dispositivos Emisores de Luz más Eficientes y Versátiles



Investigador Principal: Hernán Míguez García
Periodo: 1-08-2015 / 31-07-2016
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: EUIN2015-62411
Componentes:

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La solicitud está dirigida a conseguir financiación para la preparación de una propuesta a la convocatoria Starting Grant-2016 impulsada por el European Research Council (ERC). El proyecto que se preparará y presentará a dicha convocatoria tiene como título: Nanoestructuras fotónicas para dispositivos emisores de luz más eficientes y versátiles (NanoLED) y persigue mejorar la respuesta óptica de emisores empleados en aplicaciones relacionadas con la iluminación. NanoLED pretende desarrollar nuevos materiales ópticos, que estructurados en la escala de la radiación visible, permitan controlar la emisión de fuentes de luz tales como puntos cuánticos, moléculas de colorante o nanofósforos entre otros, con una precisión sin precedentes. Se combinarán dichos emisores con materiales desarrollados ad hoc tales como materiales corrugados en superficie o materiales que integren elementos dispersores coloidales en volumen fabricados mediante técnicas de fabricación basadas en procesado en solución. La propuesta también persigue investigar la integración de tales materiales nanoestructurados en dispositivos en los que sea posible alcanzar un control fino sobre las propiedades de color y la distribución angular de la luz emitida. Los resultados obtenidos en el proyecto se espera que sienten las bases para el desarrollo de dispositos de iluminación de nueva generación que hagan un uso más efectivo de la luz emitida. Los objetivos perseguidos en la propuesta representan un paso adelante en la comprensión de fenómenos fundamentales relacionados con la interacción entre la luz y los materiales nanoestructurados, así como con en el desarrollo de dispositivos de iluminación de estado sólido versátiles y más eficientes.


Materiales Ópticos Avanzados para Dispositivos Optoelectrónicos más Eficientes



Investigador Principal: Hernán Míguez García / Manuel Ocaña Jurado
Periodo: 1-01-2015 / 31-12-2017
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2014-54852-R
Componentes: Ana Isabel Becerro Nieto, Nuria Núñez Alvarez, Mauricio E. Calvo Roggiani, Gabriel Lozano Barbero, Juan Francisco Galisteo López, Miguel Anaya Martin

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El proyecto MODO se centrará en el desarrollo de materiales ópticos que optimicen el funcionamiento de dispositivos optoelectrónicos tales como celdas fotovoltaicas o dispositivos emisores de luz, mejorando así su eficiencia de conversión enérgetica. El objetivo principal de esta propuesta es aumentar este rendimiento a través del control de los procesos de absorción y emisión de luz que tienen lugar en los materiales que forman estos dispositivos. Esto se logrará mediante el diseño e integración de nanoestructuras fotónicas cuyas propiedades sean, además, compatibles con los requisitos generales de fabricación y funcionamiento de estos sistemas, tales como estabilidad térmica, química y mecánica, durabilidad, procesado fácil o escalado.

En anteriores proyectos, el grupo dedicó sus esfuerzos a la realización de estudios de carácter fundamental y aplicado en los campos de diseño, preparación y caracterización de materiales ópticos, así como a la demostración experimental de la viabilidad de la integración de estos materiales en celdas solares para aumentar su eficiencia. Este proyecto tiene como meta ampliar el rango de dispositivos cuyo funcionamiento puede mejorar mediante la inclusión de estructuras que permitan controlar sus propiedades ópticas. El proyecto MODO tiene, por tanto, un marcado carácter tecnológico y pretende poner en práctica el conocimiento adquirido por el grupo solicitante durante los últimos años para mejorar el rendimiento de dispositivos optoelectrónicos de distinto tipo. Por un lado, se continuará investigando en nuevas estructuras fotónicas que otorguen alta eficiencia y más versatilidad y adaptabilidad a celdas solares de tercera generación basadas en colorantes, con énfasis en nuevos diseños que incrementen su funcionalidad. Proponemos además integrar estructuras fotónicas en celdas de perovskita de tipo haluro metal-orgánico, que acaparan la atención de investigadores y tecnólogos y para las cuales no se han realizado aún diseños ópticos específicos, con el objetivo de aumentar la recolección de luz en el rango espectral en que la celda absorbe menos y modificar su color controladamente.

Al mismo tiempo, se busca extender los conceptos estudiados previamente al campo de la iluminación para conseguir dispositivos en los que se pueda obtener un control fino de las propiedades fotocromáticas y direccionales de la luz emitida, mejorándose sus prestaciones y su eficiencia energética, aún lejos de lograrse con la tecnología actual. En este ámbito, creemos que la integración de estructuras ópticas puede permitir alcanzar el objetivo largamente perseguido de adecuar la curva espectral de emisión a la curva de percepción del ojo humano, maximizándose así el rendimiento energético del dispositivo, ya que toda aquella radiación que se emita para no ser detectada por el ojo supone una pérdida de eficiencia.

La propuesta se enmarca dentro del Reto Social denominado "Energía segura, eficiente y limpia" y tiene como objetivo desarrollar tecnología fotónica empleando herramientas de la nanotecnología y del campo de materiales avanzados, todas ellas identificadas como Tecnologías Facilitadoras Esenciales en el programa de H2020 e incluidas en la Estrategia Española de Ciencia y Tecnología.


Síntesis y propiedades de nanopartículas luminiscentes para aplicaciones biomédicas



Investigador Principal: Alberto Escudero Belmonte
Periodo: 01-10-2014 / 30-09-2016
Organismo Financiador: Junta de Andalucia
Código: TAPOST-234
Componentes:

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Las nanopartículas luminiscentes resultan de interés en Nanobiomedicina debido a sus diferentes aplicaciones, que incluyen sensores ópticos para la imagen de tejidos o estructuras intracelulares y para la detección y cuantificación de moléculas de interés biológico. En este proyecto se desarrollan nuevos métodos de síntesis de nanoestructuras uniformes de diferentes materiales inorgánicos (vanadatos, fluoruros, fosfatos y molibdatos dopados con cationes lantánidos) más económicos y respetuosos con el medio ambiente. También se evalúan las aplicaciones biomédicas de estos materiales, con especial atención al diseño de sensores y a su potencialidad como dispositivos para la detección e imagen de células cancerígenas. Este proyecto incluye la caracterización de los materiales obtenidos, la optimización de sus propiedades ópticas y magnéticas, el desarrollo de nuevos métodos de funcionalización y conjugación con moléculas de interés biológico, el análisis de la citotoxicidad de los materiales resultantes y el estudio de la interacción de las diferentes nanoestructuras funcionalizadas con células de distinta naturaleza, con especial atención al efecto de la morfología y composición química de las nanopartículas.


Integración de Nanoestructuras Fotónicas en Celdas Solares de Colorante



Investigador Principal: Hernán Míguez García
Periodo: 1-07-2014 / 30-06-2016
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: FP7-PEOPLE-2013-IIF Marie Curie Actions
Componentes: Yuelong Li

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El proyecto INPHOFLEX se enmarca en la búsqueda de ese aumento de eficiencia sin alterar completamente las propiedades de transparencia y flexibilidad. El grupo liderado por el Dr. Míguez en el Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla ha conseguido recientemente un aumento significativo sin perder la transparencia, mediante la introducción de estructuras fotónicas en la celda. Este proyecto continúa en esa senda de investigación y se basa en la hipótesis de que insertando nuevas estructuras ópticas flexibles en la celda se conseguirá el aumento deseado de eficiencia sin perder transparencia ni flexibilidad. Es en este contexto que se incorpora al grupo el Dr. Yuelong Li, experto en el desarrollo de celdas solares flexibles y autor de los principales trabajos en ese campo. El objetivo general del proyecto se afrontará a través de los siguientes objetivos y líneas de investigación integradas en el presente proyecto:


- Objetivo 1. Preparación de las celdas solares flexibles altamente eficientes y transparentes a través de la integración de nuevas estructuras fotónicas flexibles porosas sobre la capa de recolección de luz. Se prepará la nanoestructura óptica sobre el electrodo flexible. Las propiedades mecánicas de la estructura han de ser tales que la celda resultante debe ser estable contra la flexión y estiramiento.
- Objetivo 2. Preparación de las celdas solares flexibles altamente eficientes y transparentes a través de la integración de nanoestructuras fotónicas flexibles de polímero para que actúen como espejos traseros. Se fabricará una nanoestructura fotónica flexible para ser transferida sobre la parte trasera de la celda de manera que actúe como retroreflector. Se trata de un espejo de bajo peso y capaz de resistir la flexión de la misma sin perder calidad óptica.
- Objetivo 3. Preparación de las celdas solares altamente eficientes y flexibles mediante la integración de dispersores aleatoriamente distribuidos: diseño de una estructura desordenada que maximice la absorción de la luz y la captura electrónica a la vez que preserve parcialmente la transparencia. Se introducirán en el electrodo centros dispersores, desordenadamente distribuidos y de un tamaño y forma bien definidos, con el propósito de controlar el transporte difuso de luz a través de la celda para maximizar la probabilidad de absorción así como la eficiencia de captura electrónica. Se trabajará también para que los diseños de dispersión propuestos preserven una buena parte de la transmisión de la luz de forma difusa, de manera que la celda solar resultante deje pasar parte de la claridad.
El presente proyecto comprende el desarrollo de tanto del diseño teórico óptico de las nanoestructuras fotónicas optimizado para la obtención de la máxima eficiencia, así como la realización experimental de las nanoestructuras y de los ulteriores dispositivos fotovoltaicos.


Unidad altamente optimizada para un Sistema solar sostenible y mejorado



Investigador Principal: Hernán Míguez García
Periodo: 03-02-2014 / 31-12-2017
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: RTC-2014-2333-3 (Programa Retos)
Componentes: Juan Francisco Galisteo López, José María Miranda Muñoz

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El objetivo del proyecto es el diseño, desarrollo, prototipado y validación de un sistema híbrido de cilindro parabólico termosolar- fotovoltaico que permita el almacenamiento y la gestionabilidad de la energía solar generada. Dicho sistema estará caracterizado por generar electricidad a menores costes que la tecnología estándar termosolar, de forma que el sistema integrado de concentración posea una mayor eficiencia.

El sistema híbrido consiste en un sistema cilindro parabólico termosolar y un receptor fotovoltaico de baja concentración. Entre estos dos componentes se sitúa un filtro dicroico de separación espectral, que recibe la luz reflejada del espejo primario del cilindro parabólico y permite la separación selectiva del espectro solar, dirigiendo una parte del mismo hacia el receptor fotovoltaico y el resto hacia el tubo absorbedor térmico. Dicho filtro dicroico se caracteriza por enviar al receptor fotovoltaico los fotones de luz con una longitud de onda a la cual dicho semiconductor opera más eficientemente, lo que conlleva a que el sistema integrado propuesto posee una mayor eficiencia que las tecnologías convencionales actuales, redundando en una mayor competitividad en costes. El sistema presenta además, por su parte termosolar, la capacidad de entrega de la energía de manera gestionable, permitiendo su almacenamiento para su introducción en la red eléctrica durante las franjas horarias en los que es más conveniente para el sistema.


Plasmas de Descarga de Barrera Dieléctrica para el Desarrollo de Procesos Industriales a Presión Atmosférica (Dbd-Tech)



Investigador Principal: José Cotrino Bautista
Periodo: 30-01-2014 / 29-01-2017
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P12-FQM-2265 (Proyecto de Excelencia)
Componentes: Francisco José García García, Jorge Gil Rostra, Richard M. Lambert, Manuel Macías Montero, Alberto Palmero Acebedo, Victor Rico Gavira

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La presente propuesta de proyecto de investigación persigue en primera instancia abordar una serie de aspectos básicos no resueltos relacionados con los mecanismos de la descarga barrera, las condiciones óptimas que deben cumplir los electrodos, la definición de un diseño óptimo de los mismos y el establecimiento de las mejores condiciones para la descarga.

En una segunda instancia y desde una perspectiva aplicada, se pretende la fabricación de dos tipos de reactores de descarga barrera mejorados para dos aplicaciones tecnológicas de gran impacto industrial. Primeramente para la funcionalización superficial de materiales avanzados persiguiendo, entre otros, el control lateral de la funcionalización según patrones litográficos. En segundo término, para el desarrollo de procesos de “plasma-catálisis” tendentes a aumentar la selectividad y disminuir el consumo energético de una serie de reacciones químicas de alto valor añadido e impacto industrial. Se prevé que, para ambos tipos de aplicaciones, los estudios básicos planteados permitan avanzar de manera clara en la optimización de los procesos finales con perspectivas de uso industrial.


Nuevas nanoestructuras 1d-híbridas multifuncionales para el desarrollo de nanosistemas autoalimentados



Investigador Principal: Ana Isabel Borrás Martos
Periodo: 1-01-2014 / 31-12-2016
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2013-42900-P
Componentes: José Cotrino Bautista, Ricardo Molina Mansilla, Juan Pedro Espinós Manzorro, Ana Isabel Borrás Martos, Angel Barranco Quero

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HYBR(1)D es un proyecto de carácter multidisciplinar en el que se persigue el desarrollo de nuevos materiales nanoestructurados multifuncionales que encuentren aplicación final en campos como las energías renovables, fotónica y la miniaturización de dispositivos. En el proyecto se plantea como principal objetivo el desarrollo de métodos de fabricación de nuevos materiales unidimensionales nanoestructurados como nanocables orgánicos e inorgánicos y sistemas unidimensionales heteroestructurados e híbridos. Haciendo especial hincapié en sistemas compuestos del tipo coaxial "core@shell/multi-shell" que integren componentes orgánicas, metales y óxidos. Estos materiales serán fabricados mediante una innovativa metodología que permiten su formación sobre sustratos procesables de distinta naturaleza involucrando tecnologías escalables industrialmente. Además se propone de forma exploratoria la fabricación de membranas "compuestas" que permitan el uso de estas nanoestructuras embebidas de forma autosoportada. El segundo objetivo de este proyecto es probar la funcionalidad de estas nuevas nanoestructuras en distintas aplicaciones atendiendo al concepto de “nanosistema autoalimentado”: como sistemas de generación de energía (celdas solares y piezoelectricidad) y nanosensores. Cabe resaltar que aunque los materiales a fabricar son muy diversos, desde nanotubos de semiconductores inorgánicos (TiO2 y ZnO) a nanohilos orgánicos ("small-molecule single crystal nanowires) híbridos y heteroestruturados, los métodos de fabricación que se pretenden utilizar se basan en técnicas de vacío muy similares y facilmente acoplables. Así, las distintas nanoestructuras y heteroestructuras se fabricarán mediante cuatro técnicas principales y combinaciones de las mismas: deposición física desde fase vapor aplicada a moléculas orgánicas, deposición química desde fase vapor asistida por plasma de moléculas orgánicas y óxidos semiconductores, sputtering-dc de metales y "etching" por plasma de oxígeno. El IP y el grupo Nanotechnology on Surfaces del ICMS tienen un amplio background en la aplicación de estas técnicas para el desarrollo de sistemas del tipo láminas delgadas y recubrimientos funcionales, experiencia que se ha extendido en los últimos años al estudio de nanoestructuras 1D soportadas. El proyecto aborda toda la cadena de valor que lleva desde la síntesis de nuevos materiales a sus aplicaciones, incluyendo su caracterización avanzada e integración en dispositivos y prototipos a escala de laboratorio.


Control ambiental y de procesos con dispositivos responsivos con capas nanoestructuradas fabricadas por tecnologías innovadoras de vacio y plasmas



Investigador Principal: Agustín R. González-Elipe
Periodo: 01-01-2014 / 31-12-2017
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2013-40852-R
Componentes: José Cotrino Bautista, Ricardo Molina Mansilla, Victor Rico Gavira, Francisco Yubero Valencia, Juan Pedro Espinós Manzorro, Alberto Palmero Acebedo, Angel Barranco Quero, Fernando Lahoz Zamarro

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Este proyecto persigue el desarrollo de una nueva generación de sistemas responsivos y sensores de baja dimensión que integren capas delgadas nanoestructuradas con propiedades ópticas y eléctricas controladas preparadas mediante técnicas innovadoras de vacío y plasma. Los principios básicos de la deposición física en fase vapor (PVD) en configuración oblicua (OAD) se extenderán a técnicas de plasma y de pulverización catódica para producir capas con porosidad controlada que interactúen  eficientemente con el medio. Se propone también la combinación de estas técnicas con otras tecnologías novedosas de plasma, como  la deposición por plasma a presión atmosférica o mediante evaporación-polimerización, para conseguir un control estricto sobre la nanoestructura y las propiedades finales de sistemaas complejos. Mediante estas tecnologías se prepararán capas finas nanoestructuradas de metales y óxidos, multicapas apiladas y nanoestructuras tipo "composites" e híbridas que, a continuación, se caracterizarán mediante microcopías electrónicas avanzadas y de proximidad, entre otras técnicas. Para encontrar nuevas rutas de procesado de capas porosas con morfologías y propiedades "a medida" y posibilitar su escalado a nivel industrial, se propone estudiar los mecanismos fundamentales que gobiernan el crecimiento de las películas a fin de modificarlos convenientemente. Conjuntos  ordenados y homogéneos de estas estructuras se emplearán como sensores de gases y líquidos a temperatura ambiente, dispositivos microfluídicos responsivos y etiquetas inteligentes. Para estas y otras aplicaciones, las capas finas porosas soportadas se funcionalizarán convenientemente con nanopartículas metálicas, cadenas moleculares ancladas o capas de  materiales poliméricos. Asímismo, se contempla su apilamiento en forma de estructuras fotónicas verticales.  Para la implementación de estas estructuras en forma de micro-dispositivos  que actúen como sensores avanzados, se desarrollarán microreactores y sistemas responsivos mediante estrategias novedosas de integración, basadas en la deposición mediante evaporación de capas eliminables de NaCl. Estos sistemas incluirán también transductores fotónicos, eléctricos y/o electroquímicos que permitan el desarrollo de dispositivos finales capaces de detectar i) oxígeno y cloro en disolución, ii) glucosa y materia orgánica en el agua, iii) vapores y gases  en aire, o iv) etiquetas inteligentes que cambien como respuesta al medio.  Se prevén aplicaciones específicas para el control del medio ambiente en aire y aguas, emplazamientos industriales e invernaderos, procesos agroindustriales  tales como la fermentación, así como para el seguimiento y la trazabilidad de diferentes tipos de mercancías y alimentos. Se espera que la combinación de nuevos descubrimientos científicos en el campo de la tecnología de capas delgadas y el de nuevos principios de integración a las escalas micro y nano abran nuevas áreas de investigación con alto impacto en diversos campos y tecnologías facilitadoras tales como la fotónica, la nanotecnología o los materiales avanzados, así como en tecnología de plasma y microfluídica.     


Nuevos materiales para envasado, etiquetado inteligente, control de fraudes y monitorización visual del estado de los productos



Investigador Principal: Angel Barranco Quero
Periodo: 02-12-2013 / 31-12-2015
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: RECUPERA2020 - 1.4.2
Componentes: Ana Isabel Borrás, Francisco Yubero, José Co-trino, Juan Pedro Espinós, Juan Ramón Sánchez Valencia, Francisco Javier Aparicio Rebollo

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En esta actividad se pretende desarrollar una serie de nuevos materiales y procesos basados en marcado por láser para el desarrollo de un nuevo sistema de marcaje y etiquetado “inteligente” capaz de lograr una mejora en los procesos de control y de la trazabilidad de productos agropecuarios.


Purificación del aire en invernaderos y centros de tratamiento de alimentos



Investigador Principal: José Cotrino Bautista
Periodo: 2-12-2013 / 31-12-2015
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: RECUPERA2020 - 2.2.3
Componentes: Ana María Gómez Ramírez, Antonio Méndez Montoro de Damas

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Este proyecto está relacionada con una tecnología para generar un plasma frío a presión atmosférica con aire que fluye a través de un reactor. El objetivo específico de esta actividad es el desarrollo de un sistema prototipo de purificación de aire para invernaderos, centros de procesamiento de alimentos, recintos para el ganado u otros tipos similares en mercados o recintos donde la concentración de gases nocivos para la salud de los trabajadores puede ser muy significativa por el uso de insecticidas, fungicidas, desinfectantes y otros compuestos. El sistema desarrollado debe ser capaz de purificar el aire en instalaciones cerradas y donde un gran número de productos químicos, compuestos orgánicos volátiles, principalmente, se acumulan en el aire del establecimiento. El diseño de la tecnología del reactor de plasma frío sigue las características de descarga de barrera dieléctrica con dieléctrico en forma de lecho empaquetado utilizando materiales dieléctricos de carácter ferroeléctrico con elevada constante dieléctrica.


Sensores micro-fluídicos integrados para el control de la fermentación



Investigador Principal: Agustín R. González-Elipe
Periodo: 2-12-2013 / 31-12-2015
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: RECUPERA2020 - 1.4.1
Componentes: Juan Pedro Espinós Manzorro, José Cotrnio Bautista, Francisco Yubero Valencia, Alberto Palmero Acebedo, Angel Barranco Quero, Ana I. Borrás Martos, Victor J. Rico Gavira, Rafael Alvarez Molina, Pedro Angel Salazar Carballo

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El objetivo de este proyecto es el desarrollo de nuevos sistemas micro/nano fluídicos integrados y robustos que permitan la incorporación fiable de tests de control, sensorización y/o análisis rápido de productos agroalimentarios, fundamentalmente líquido o productos solubles. La tecnología a desarrollar se intenta aplicar tanto para el control de productos finales como durante las etapas de elaboración de los mismos. En concreto, un nicho de aplicación que directamente que se abordará dentro del proyecto es el control de procesos de fermentación, con el desarrollo de nuevos transductores fluídicos integrados que permitan la detección cuantitativa de glucosa y/o otros azúcares mediante desarrollos electroquímicos y fotónicos en dispositivos microfluídicos y similares.


Nuevos materiales para envasado, etiquetado inteligente, control de fraudes y monitorización visual del estado de los productos



Investigador Principal: Angel Barranco Quero
Periodo: 01-12-2013 / 31-12-2015
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: RECUPERA2020 - 1.4.2
Componentes: Ana Isabel Borrás, Francisco Yubero, José Cotrino, Juan Pedro Espinós, Juan Ramón Sánchez Valencia, Francisco Javier Aparicio Rebollo

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En esta actividad se pretende desarrollar una serie de nuevos materiales y procesos basados en marcado por láser para el desarrollo de un nuevo sistema de marcaje y etiquetado “inteligente” capaz de lograr una mejora en los procesos de control y de la trazabilidad de productos agropecuarios.


Dispositivos luminiscentes basados en láminas delgadas con tierras raras depositadas mediante tecnología de plasma (LUMEN)



Investigador Principal: Angel Barranco Quero
Periodo: 16-05-2013 / 15-05-2016
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P11-TEP-8067 (Proyecto de Excelencia Motriz)
Componentes: Agustín R. González-Elipe, Juan Pedro Espinós, Richard Lambert, Juan Carlos González-González, Francisco J. García García, Victor J. Rico Gavira, , Jorge Gil Rostra, Lola González García, F. Javier Ferrer (CNA), Fabián Frutos Rayego

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El presente proyecto persigue el desarrollo de una serie de dispositivos luminiscentes basados en láminas delgadas con tierras raras depositadas mediante tecnologías de plasma. Las láminas delgadas luminiscentes se fabricarán mediante un nuevo procedimiento desarrollado por el grupo investigador que combina procesos clásicos como “magnetrón sputtering” o deposición por plasma y la evaporación de compuestos metalorgánicos de baja o nula tensión de vapor a temperatura ambiente pero fácilmente sublimables en la cámara de reacción. Esta metodología ofrece la oportunidad de integrar uno o varios elementos de tierras raras dentro de la capa formada, controlando perfectamente su concentración en la misma. Dada la versatilidad del proceso, se plantea fabricar capas delgadas luminiscentes de interés para tres campos de aplicación: procesos de “up conversión”, detectores de ion-luminiscencia y sistemas de señalización. Los materiales a desarrollar deben permitir superar algunas de las limitaciones existentes con los materiales actualmente existentes, proporcionando nuevas funcionalidades y mejoras sustanciales en sus prestaciones en relación con aplicaciones como detectores en procesos de fusión nuclear, cambiadores de longitud de onda en sistemas para comunicaciones ópticas y señalización en automoción.  Dadas las características del nuevo método propuesto, el proceso de síntesis de las capas luminiscente es compatible con otros procesos en línea proponiéndose la integración de las capas luminiscentes en dispositivos fotónicos simples formadas por estructuras multicapa tipo reflectores de Bragg o similares.  El proyecto aborda todo la cadena de valor que lleva de la síntesis de los materiales a sus aplicaciones, incluyendo su caracterización avanzada, el análisis de sus propiedades ópticas y de luminiscencia, su integración en dispositivos y el análisis de su resistencia medioambiental.


Arquitecturas SOFC innovadoras basadas en operación "Triodo"



Investigador Principal: Agustín R. González-Elipe
Periodo: 01-09-2012 / 29-02-2016
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: FCH-JU-2011-1
Componentes: Francisco Yubero Valencia, Juan Pedro Espinós Manzorro, Angel Barranco Quero, Richard Lambert, Victor J. Rico, Ana Borrás Martos, José Cotrino, Jorge Gil, Pedro Castillero, Fran J. García, Alberto Palmero

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El desarrollo de celdas de combustible de óxido sólido (SOFCs) que operen con hidrocarburos como combustibles (gas natural, biocompustibles, LPG) es esencial para la comercialización a plazos cortos y medios. El desarrollo de HC SOFCs directas se enfrenta todavía a numerosos retos y problemas que surgen del hecho que los materiales del anodo operan bajo condiciones muy severas. Estas limitan el rendimiento con reacciones de reformado u oxidación, producen una desactivación rápida debido a la contaminación con carbón y generan inestabilidad asociada a la presencia de compuestos de azufre. Aunque la investigación en estos temas es intensa, no se han producido avances tecnológicos significativos respecto a mejorar la robustez del proceso, el incremento de su tiempo de vida y a la disminución de su costo.

T-CELL propone una aproximación electroquímica novedosa con el fin de abordar estos problemas mediante un esfuerzo integrado para definir, explorar, caracterizar, desarrollar y ejecutar una aproximación a la tecnología SOFC radicalmente nueva basada en una aproximación tipo “triodo”. Para ello se desarrollará una aproximación integrada basada en el desarrollo de materiales y en la aplicación de un diseño de celda innovador que permite el control efectivo de la actividad electrocatalítica bajo vapor o condiciones de reformado en seco.
La novedad del trabajo propuesto reside en el esfuerzo pionero para desarrollar nuevos materiales a base de Ni que actúen como ánodo y que presenten tolerancia al envenenamiento, así como en el desarrollo del concepto de triodo aplicado a celdas SOFC para incorporar una nueva variable en la operación de celdas de combustible.
Para demostrar la posibilidad de apilamiento en las celdas triodo, se desarrollará un apilamiento SOFC tipo triodo formado por cuatro unidades repetidas. Este sistema se evaluará con metano y vapor en presencia de una pequeña concentración de compuestos de azufre.
 


Control de la Absorcion y la Emisión Ópticas de Nanomateriales integrados en Estructuras Fotónicas Porosas Multifuncionales



Investigador Principal: Hernán R. Míguez García
Periodo: 01-01-2012 / 31-12-2014
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2011-23593
Componentes: Nuria Nuñez Alvarez, Mauricio Calvo Roggiani, Carmen López López, Sonia Rodríguez Liviano, Manuel Ocaña Jurado, Silvia Colodrero Pérez, José Raúl Castro Smirnov

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En este proyecto se estudiarán las modificaciones que tienen lugar tanto en la absor-ción como en la emisión ópticas de nanomateriales de diverso tipo (nanopartículas dopadas con tierras raras, nanopartículas semiconductoras, nanopartículas metálicas, films de coloran-tes orgánicos de grosor nanométrico) por el hecho de encontrarse éstos formando parte de una estructura fotónica en la que tienen lugar fenómenos ópticos complejos. El estudio se realizará tanto desde el punto de vista fundamental como aplicado, centrándose en materiales que tengan interés en distintos campos de la tecnología actual tales como células solares, sensores o dispositivos emisores de luz. La motivación principal de este proyecto desde el punto de vista aplicado radica en la posibilidad de modificar controladamente estos procesos de absorción y emisión, de tal modo que puedan inhibirse o amplificarse según convenga a un fin determinado. En concreto, se pretende poner en práctica estos nuevos fenómenos para el diseño de células solares más eficientes, capaces de recolectar una mayor cantidad de la radiación incidente, y en el desarrollo de films para sensores sensibles a modificaciones de distinto tipo en su entorno, tales como presencia de analitos de distinto tipo, variaciones en la presión del vapor ambiente, etc.... Del mismo modo, y basándonos en los exitosos resultados del proyecto MAT que ahora termina, pretendemos preparar materiales en los que tengan lugar mecanismos más eficientes de extracción de luminiscencia y que puedan emplearse en dispositivos emisores de luz. Nuestro proyecto incluye en esta ocasión como objetivo el desarrollo de pequeños dispositivos prototipo en los que se pongan en práctica los conceptos que están siendo investigados.
En su aspecto más fundamental, nuestra propuesta ahonda en el análisis de la interacción entre luz y materia en sistemas en los que existe una fuerte dispersión y anisotropía de la constante dieléctrica, y en los que es posible obtener bajas velocidades de propagación de fotones. Para este análisis se emplearán distintos tipos de estructuras fotónicas porosas, tales como cristales fotónicos con orden uni- y tri-dimensional o materiales formados por partículas desordenadas, como matrices en los que se infiltrarán nanomateriales tanto orgánicos como inorgánicos en diferentes configuraciones y cuya absorción y emisión serán estudiadas.
Aunque este proyecto tiene un carácter fundamental tanto por la naturaleza de las técnicas de preparación como de los complejos fenómenos ópticos que pretenden explorarse, es nuestro objetivo estratégico continuar generando y transfiriendo propiedad intelectual basada en los nuevos conceptos, propiedades y diseños objeto de nuestra investigación.
 


Láminas flexibles nanoestructuradas de polímeros inorgánicos para el control de la luz



Investigador Principal: Hernán R. Míguez García
Periodo: 01-01-2012 / 30-11-2017
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: 307081
Componentes:

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El proyecto POLIGHT se centra en la integración de una serie de materiales inorgánicos nanoestructurados que poseen propiedades plasmónicas y/o fotónicas en películas poliméricas, los cuales constituyen un avance significativo con respecto al estado actual de la técnica en materiales fotónicos flexibles. Estas láminas, altamente adaptables, pueden actuar como espejos o filtros pasivos, selectivos en frecuencia en el rango espectral UV-visble-infrarrojo cercano, así como matrices en las que incluir especies absorbentes de luz u ópticamente activas capaces de adaptar su respuesta óptica.
El objetivo de este proyecto es doble. Por un lado se va a llenar un agujero existente en la actualidad en el campo de los materiales para la protección de radiación, que es la au-sencia de láminas flexibles y adaptables en las que se puedan seleccionar de una manera drástica y precisa los rangos de longitudes de onda que se deseen bloquear o dejar pasar, según las necesidades de cada aplicación concreta.
Por otro lado el proyecto POLIGHT pretende ir un paso más allá en la integración de nanomateriales absorbentes o emisores de luz dentro de matrices poliméricas flexibles, me-diante la fabricación de capas fotónicas jerárquicamente estructuradas que permiten el ajuste fino de las propiedades ópticas del conjunto. Esto se consigue como resultado de las interacciones materia-radiación, intensificadas a raíz de los efectos de localización del campo en los modos resonantes específicos.
El proyecto surge como resultado del reciente desarrollo de una serie de robustas es-tructuras fotónicas inorgánicas conformadas por redes porosas interconectadas capaces de alojar polímeros y heredando así las propiedades mecánicas características de los mismos.
 


Desarrollo de recubrimientos y andamios bioactivos de material cerámico nanoestructurado para la regeneración ósea (BIOCEREG)



Investigador Principal: María Aránzazu Díaz Cuenca
Periodo: 06-07-2011 / 05-06-2016
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: CTS-661
Componentes: M. Lourdes Ramiro Gutiérrez, Sara Borrego González

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Este Proyecto pretende contribuir al avance en el desarrollo de nuevos biomateriales con bioactividad mejorada para su aplicación en la reparación y regeneración ósea. Se propone la preparación de nuevos recubrimientos y andamios cerámicos mediante técnicas de procesado láser a partir de materiales cerámicos particulados, nanoestructurados de composición bioactiva en el sistema SiO2-CaO-P2O5 sintetizados en el ICMS por la Dra. Díaz (IP de esta solicitud). La hipótesis de partida es que las características nanoestructurales y texturales del material cerámico particulado en combinación con la fuente láser tiene un gran potencial para resultar en deposiciones con microestructura y nanoestructura controlada. Se plantea procesar dos tipos de pieza prototipo: i) piezas de sustrato metálico (de titanio) con recubrimiento cerámico de composición bioactiva y ii) piezas monolito (andamio) solo cerámica bioactiva con geometría controlada. Hay que distinguir por tanto la persecución de dos hitos. Un primer Hito es la obtención de materiales prototipo (recubrimientos y andamios) con unos requerimientos de micro y nanoestructura, superficie, propiedades mecánicas, homogeneidad y reproducibilidad mínimas. Y un segundo Hito consistente en la verificación de sus propiedades biológicas in vitro e in vivo. El éxito en ambos hitos es lo que finalmente denominaremos biomaterial prototipo. La obtención de los recubrimientos tendría una translación muy directa para implementarse en distintas partes de los componentes de implantes ortopédicos. En este sentido el equipo de investigación integra a biólogos de regeneración esquelética y clínicos de cirugía ortopédica y traumatología que van a estudiar la bioactividad y biocompatibilidad de estos recubrimientos sobre sustratos de titanio suministrados por Synthes, empresa líder en fabricación y comercialización de implantes para ortopedia, que participa en esta propuesta como EPO. Por otra parte y desde el punto de vista del procesado de materiales, la aplicación del procesado láser a los materiales cerámicos nanoestructurados SiO2-CaO-P2O5 es totalmente novedoso y creemos que puede optimizarse para obtener recubrimientos y también andamios tridimensionales, conformados con macroporosidad interconectada pero a su vez con microestructura fina y nanoestructura, que culminen en la obtención de piezas prototipo con alta reproducibilidad y de calidad e innovación tecnológica elevada. El Proyecto se encuadra en áreas de investigación fuertemente innovadoras y pujantes como son la nanotecnología y la medicina regenerativa ambas con un carácter multidisciplinar intrínseco donde la frontera entre las distintas disciplinas científicas tradicionales aparece difuminada. El Proyecto aúna esfuerzos de investigadores con formación básica en las disciplinas de química (ICMS), física e ingeniería (Empresa Subcontratada AIMEN), biología (UMA-CIBER-BBN) y medicina clínica y traslacional (HCS). Creemos que la integración de estos tres pilares i) síntesis, procesado y caracterización de materiales, ii) biología de la regeneración e ingeniería tisular y iii) práctica clínica ofrece una propuesta con capacidad para aportar resultados de impacto trasferibles a la industria y que puede por tanto ayudar al desarrollo de productos para aplicaciones en la reparación y rege-neración esquelética en Andalucía.


Sol y Visión par la energía térmica actual. SOLVENTA



Investigador Principal: Agustín R. González-Elipe
Periodo: 4-05-2011 / 31-12-2014
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: Proyecto INNPACTO - IPT-2011-1425-920000
Componentes: Francisco Yubero Valencia, Juan Pedro Espinós Manzorro, Angel Barranco Quero, Victor J. Rico, Ana Borrás Martos, José Cotrino, Jorge Gil, Pedro Castillero, Fran J. García

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Este proyecto persigue el desarrollo de una serie de equipos y dispositivos para la monitorización de las condiciones de funcionamiento de plantas termosolares de concentración con espejos cilíndrico-parabólicos. La participación del ICMSE se centra en la aplicación tecnologías de plasma y el desarrollo de sistemas en lámina delgada capaces de diagnosticar las condiciones de funcionamiento de dichas instalaciones.


Control de procesos en plasmas para la síntesis de materiales nanoestructurados en forma de láminas delgadas (PLASMATER)



Investigador Principal: Alberto Palmero Acebedo
Periodo: 15-03-2011 / 14-03-2014
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P09-FQM-6900
Componentes: José Cotrino Bautista, Ana Borrás Martos, Francisco Yubero Valencia, Rafael Alvarez Molina, Juan Carlos González González, Carmen López Santos

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En el proyecto PLASMATER abordamos el desarrollo de nuevos procesos basados en plasmas para controlar la nanoestructura, porosidad y morfología superficial de películas del-gadas, con el objetivo de mejorar sus funcionalidades para aplicaciones finales. En las técnicas de deposición de películas delgadas asistida por plasma, las cantidades que definen la deposi-ción, tales como la potencia electromagnética empleada, presión de los gases, etc., definen las propiedades del plasma, que a su vez, y a través de procesos no-lineales y fuertemente acoplados entre sí, produce el crecimiento de la película delgada en un porta-substrato. La complejidad de todos estos procesos ha dado lugar a que existan multitud de relaciones de carácter empírico entre cantidades controlables experimentales y las nanoestructuras crecidas, sin que haya una explicación clara sobre los mecanismos que controlan dicho crecimiento, y la conexión entre ambas. Este conocimiento es esencial para proponer modificaciones en las condiciones de la deposición que permitiesen un mayor control y versatilidad a la hora de sintetizar películas delgadas nanoestructuradas. En PLASMATER nos proponemos desarrollar herramientas para controlar procesos en plasmas y obtener capas nanoestructuradas y sistemas 1D de TiO2 y ZnO soportados en subs-tratos, para mejorar propiedades funcionales tales como foto-actividad o propiedades de mojado, entre otras. Se explorarán tres aspectos relacionados entre sí: i) diagnosis completa de la fase gaseosa (plasma y vaina) y caracterización de la nanoestructura de los materiales depositados, ii) estudio de las funcionalidades de dichos materiales, y iii) el desarrollo de códigos numéricos predictivos, a partir de los cuales se desarrollen nuevos protocolos que permitan un mayor control sobre la nanoestructura del material y, por lo tanto, sobre las funcionalidades. El uso de modelos predictivos tiene una gran relevancia debido a que, hasta nuestro conocimiento, i) será la primera vez en la literatura que se dé una visión completa del proceso de deposición y nanoestructuración de estas películas delgadas basada en fenómenos fundamentales, a partir del valor de las cantidades experimentales de control (potencia electromagnética empleada, presión de los gases, etc.), y ii) se utilizará el modelo para proponer modificaciones en el proceso de deposición que ayuden a controlar los procesos de nanoestructuración de la película y proveer de más flexibilidad y versatilidad a los materiales depositados con vista a mejorar sus funcionalidades. Para desarrollar el proyecto PLASMATER nos proponemos seguir una estrategia mixta simulación/diagnosis experimental del proceso de deposición para desarrollar interactivamente los modelos de crecimiento en múltiples condiciones. Se considerará el estudio de las diferentes escalas espaciales en el problema, desde el propio plasma (escala típica de decenas de centímetros), la vaina del plasma (por debajo de 1 milímetro), y la superficie del material (decenas de nanometros), y se utilizarán herramientas de diagnostico avanzado del plasma y de la película delgada que ayudarán al desarrollo del proyecto. Por último, la investigación también se centrará en encontrar las condiciones experimentales que permitan obtener la mejores propiedades de las capas con vista a optimizar sus aplicaciones tecnológicas e industriales.


Láminas delgadas porosas funcionales y nanoestructuras 1D soportadas de óxidos para el desarrollo de microfluídica en lámina delgada, válvulas fotónicas y micro plasmas (POROUSFILMS)



Investigador Principal: Francisco Yubero Valencia
Periodo: 01-01-2011 / 31-12-2013
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2010-18447
Componentes: Agustín R. González-Elipe, Juan Pedro Espinós Manzorro, Alberto Palmero Acebedo, Rafael Alvarez Molina, Juan Carlos González González, Victor J. Rico Gavira, Jorge Gil Rostra, Ana Isabel Borrás Martos, Lola González García, José Cotrino Bautista

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En este proyecto se prepararán láminas delgadas de TiO2, ZnO, SiO2 y SnO2 dopado, así como nanostructruras de fibras soportadas de estos óxidos mediante deposition por plasma y por evaporación a ángulo rasante (GLAD). Se controlará la nano- y micro-estructura de las capas y fibras mediante la selección de las condiciones adecuadas de deposición usando GLAD y, en el caso de la deposición mediante plasma, tras ajustar y modelizar el plasma y sus principales parámetros de operación, así como los fenómenos ligados a la vaina del plasma y su influencia en el desarrollo de la nanoestructura de las capas y fibras. El primer objetivo del proyecto es conseguir controlar la porosidad y otras propiedades críticas (ópticas, conductividad eléctrica, comportameinto frente al mojado, etc.) de los materiales sintetizados para propiciar el desarrollo de nuevos métodos de manejo de fluidos (líquidos y gases) a escalas micro y, posiblemente, nanométricas de manera de inventar y desarrollar aplicaciones en los campos de microfuídica y microplasmas. Un objetivo adicional es el procesado de estas estructuras tanto en una aproximación 2D (procesado litográfico) como 3D mediante el uso de técnicas basadas en láser, el apilamiento en multicpas de diferentes estrucuras de capas finas porosas y/o la deposición selectiva de zonas hidrofóbicas de otros materiales tales como polímeros, siliconas, etc. A partir de estas estructuras se desarrollarán dispositivos microfluídicos basados en láminas delgadas porosas de TiO2 y ZnO activadas con luz (válvulas fotónicas). Estos materiales se vuelven superhidrofílicos cuando se iluminan con luz de <390 nm que, usada para iluminar ciertas áreas pequeñas del material (canales, circuitos micrométricos, etc.) usando lámparas adecuadas o un láser, permitirá activar selectivamente esas zonas. El desarrollo de microfiltración controlada por luz es otra nueva aplicación en este campo que debe permitir la difusión/filtración preferente de líquidos polares a través de las zonas iluminadas (válvula abierta). Conseguir una rápida reversión de este proceso (válvula cerrada) is otro reto que se abordará dentro del proyecto. Un objetivo final de carácter exploratorio es el modelado, diseño y desarrollo de mi-croplasmas basados en las estrucutras porosas en forma de capa delgada desarrolladas durante las etapas iniciales del trabajo. Estos prototipos de microplasmas estarán formados por electrodos de capas porosas de SnO2 dopadas permeables a gases y capas aislantes porosas de SiO2 que actuarán como barreras de separación. La evaluación de las caracterísitcas del plasma en estos dispositivos prototipo será una acción addicional que se abordará en el proyecto.


Nuevas técnicas de procesado en cerámica y vidrio respetuosas con el medio ambiente (CERAMGLASS)



Investigador Principal: Xermán F. de la Fuente Leis
Periodo: 1-01-2011 / 31-12-2014
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: LIFE11 ENV/ES/560
Componentes: ICMS: Agustín R. González-Elipe, Victor J. Rico, Angel Barranco Quero, Juan Pedro Espinós Manzorro, Jorge Gil, Francisco Yubero Valencia

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El objetivo general del proyecto CERAMGLASS es disminuir el impacto al medio ambiente durante los tratamientos térmicos en la industria cerámica mediante la aplicación de una tecnología innovadora de horno láser a cerámica plana y vridrio. El proyecto persigue construir una planta piloto basada en la combinación innovadora de un horno continuo y un láser que barra la superficie. El propósito es probar que esta combinación permite una reducción significativa en el consumo energético y la escalabilidad industrial del proceso.
En primer lugar, el proyecto persigue demostrar que es posible producir placas cerámicas robustas de sólo 4 mm de espesor. Esto significaría una reducción del 50% en el espesor, con la consiguiente reducción en el consumo de materias primas. El proyecto persigue también adaptar las composiciones decorativas incorporando el uso de materiales menos agresivos al uso del procesado láser. En concreto, se tratará de adaptar los procesos de decorado “screen printing” a productos de tercer fuego con lustre y efectos metálicos, así como el de tintas decorativas al vidrio plano. La sustitución de productos iniciales tóxicos permitirá una disminución en la generación de CO2 y otras emisiones gaseosas, residuos tóxicos y la reducción de los requerimientos energéticos del proceso.
 


Síntesis mediante plasma CVD de nuevos materiales orgánicos nanoestructurados integrado en dispositivos planares para aplicaciones como sensores fotónicos y de marcaje de seguridad NANOPLASMA



Investigador Principal: Angel Barranco Quero
Periodo: 01-01-2011 / 31-12-2013
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación. Programa  FEDER Unión Europea
Código: MAT2010-21228
Componentes: Ana Borrás Martos, Agustín R. González-Elipe, Carmen Ruiz, M. Carmen López-Santos

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En NANOPLASMA se propone el desarrollo de nuevas técnicas basadas en plasmas para la síntesis y procesado de nuevos materiales funcionales orgánicos. La tecnología de plasma para síntesis de materiales actualmente en uso, como el CVD activado por plasma (PECVD) o los procesos de polimerización por plasma, implica siempre la fragmentación completa de un precursor volátil. En contraste NANOPLASMA persigue la síntesis de una nueva familia de materiales luminiscentes en forma de película delgada o nanocables 1D soportados, mediante el control químico y del proceso de fragmentación en la zona remota de una descarga de plasma. La investigación se centrará en la síntesis de matrices orgánicas con microestructura nanométrica controlada que incorporan moléculas orgánicas luminiscentes (por ejemplo perilenos, rodaminas, ftalocianinas y porfirinas) y nanocables orgánicos 1D a partir del mismo tipo de moléculas. El proyecto también contempla el desarrollo de metodologías basadas en procesos de etching por plasma y ablación láser, para la fabricación de patrones litográficos 2D a partir de las láminas delgadas y las nanoestructuras soportadas. La investigación se contempla con estudios básicos encaminados al desarrollo de procesos de “patterning químico” basados en procesos de funcionalización superficial mediante plasmas y de derivatización química de monocapas autoensambladas. Tanto la metodología sintética mediante plasmas remotos como los procesos de microstructuración son totalmente compatibles con la tecnología optoelectrónica actual y la tecnología microelectrónica. Ambos procesos, por tanto, pueden llevarse a cabo a escala de oblea de silicio (wafer scale) y escalarse a procesos de fabricación industrial efectivos. Estos materiales y procesos se emplearán en la fabricación de dos tipos de dispositivos a escala de prototipo como son: los sensores de gases fotónicos y las microestructuras luminiscentes para aplicaciones de marcado inteligente. Los sensores de gases consistirán en una lámina o estructura luminiscente integrada en un cristal fotónico 1D diseñados de acuerdo a las propiedades ópticas y la longitud de onda de la emisión luminiscente de la capa sensora correspondiente. Los dispositivos de marcado inteligente consistirán en patrones litográficos complejos construidos a partir de láminas o multicapas luminiscentes con funcionalidades específicas e, incluso, respuesta ambiental o sensora no desarrollada por ninguna otra tecnología hasta la fecha.


Sistemas para la Detección de Explosivos en Infraestructuras Públicas



Investigador Principal: Angel Barranco Quero
Periodo: 1-09-2010 / 31-10-2011
Organismo Financiador: Ministerio de Industria (Contrato: ARQUIMEA)
Código: Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (Programa CENIT)
Componentes: Francisco Javier Aparicio, Agustín R. González-Elipe, Ana Isabel Borrás Martos, Juan Pedro Espinós

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El objetivo de este proyecto es el desarrollo de láminas delgadas con propiedades ópticas adecuadas como elementos activos en sensores ópticos capaces de responder a la presencia de gases y/o productos volátiles procedentes de la descomposición parcial de explosivos.


Desarrollo de membranas de regeneración ósea guiada modificadas a escala nanométrica (OSTEOMEM)



Investigador Principal: Agustín R. González-Elipe
Periodo: 03-02-2010 / 02-02-2013
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P09-CTS-5189 (Proyecto de Excelencia)
Componentes: José Cotrino Bautista, Rafael Alvarez Molina, Carmen López Santos, Jorge Gil Rostra, Antonia Terriza Fernández

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OSTEOMEM persigue el desarrollo de membranas de regeneración ósea reabsorbibles y biodegradables de base polimérica para su uso en cirugía oral y maxilofacial para el tratamiento de defectos óseos. Durante la curación de estos, las membranas deben preservar la aparición de tejidos blandos en los mismos propiciando que la regeneración del hueso ocupe el defecto, dejando tras la reabsorción de la membrana una estructura de tejidos análoga a la que existía antes de la intervención quirúrgica. Este efecto se basa fundamentalmente en un mecanismo de barrera con membranas que se degradan en el interior del cuerpo en un periodo de cuatro a seis meses, evitando la segunda cirugía que generalmente se requiere para retirar membranas no biodegradables. Se espera que las membranas desarrolladas en el proyecto permitan alcanzar los resultados clínicos de las membranas de regeneración animal evitando los problemas asociados a su origen.


Nanoestructuras híbridas flexibles para aplicaciones con filtros de radiación ultravioleta, visible e infrarroja



Investigador Principal: Hernán Míguez García
Periodo: 03-02-2010 / 03-02-2013
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: FQM6090
Componentes: Mauricio Calvo Roggiani, Agustín Mihi Cervelló, Silvia Colodrero Pérez, Nuria Hidalgo Serrano, Gabriel Lozano Barbero, Olalla Sánchez Sobrado

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El objetivo principal de esta propuesta es el desarrollo de filtros interferenciales flexibles que reflejen rangos seleccionados de radiación ultravioleta (UV), visible (Vis) o infrarroja (IR). Se persigue, además, que sean transferibles y adhesivos, de forma que puedan adaptarse a distintos tipos de superficies. Se explorarán aplicaciones inmediatas de estos nuevos espejos dieléctricos como protectores adhesivos y transparentes de la piel contra radiaciones solares de alta energía (principalmente, el rangos conocido como UVA, de 315 nm a 400 nm), por lo que se pondrá especial énfasis en la integración de polímeros que sean compatibles con la piel humana. El interés y la originalidad de la aproximación aquí propuesta radica en la ausencia en el mercado de filtros de este tipo no absorbentes, es decir, no basados en procesos de absorción de luz que implican necesariamente un calentamiento, si no que funcionen como un espejo dieléctrico que refleje el rango de frecuencias deseado sin que causen un aumento local de la temperatura. En general, estos nuevos materiales permitirían proteger de la radiación no deseada cualquier tipo de superficie, de rugosidad y composición arbitraria. Del mismo modo, y en referencia a otro ámbito de aplicación, se buscará que los filtros propuestos proporcionen color a superficies arbitrarias, a las que se adaptarán y adherirán, reflejando un rango de frecuencias cuya posición central y anchura puede determinarse con precisión en todo el espectro visible. Por último, se explorarán aplicaciones en el IR como protectores contra calentamiento o, por el contrario, como recubrimientos transparentes en el rango visible pero que eviten las perdidas de calor, según la configuración empleada.


Materiales mesoporosos (HA-SBA-15) funcionalizados con una proteína rhBMP-2 con afinidad por colágeno y sus estructuras híbridas con colágeno para ingeniería del tejido óseo



Investigador Principal: M. Aránzazu Díaz Cuenca
Periodo: 01-01-2010 / 31-12- 2012
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: BIO2009-13903-C02-02
Componentes: M. Lourdes Ramiro Gutiérrez

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Los materiales soporte denominados biomateriales, matrices, armazones, andamiajes tisulares o scaffold son uno de los elementos básicos para la fabricación de nuevos tejidos artificiales. El biomaterial sirve de soporte para las interacciones celulares y para la formación de matriz extracelular (ECM). Entre los distintos tipos de materiales que se emplean naturales o sintéticos, las cerámicas bioactivas con base de sílice en el sistema ternario SiO2-CaO-P2O5 han mostrado excelente propiedades para su aplicación en cirugía ortopédica reparadora y regeneradora. Por otra parte el desarrollo de nuevas rutas de síntesis que combinan la química sol-gel y el autoensamblado de moléculas (polímeros) directoras o formadoras de estructura ofrece grandes posibilidades para la síntesis de de nuevos materiales bioactivos organizados a escala nanométrica con alta superficie y reactividades mejoradas. Trabajo previo de la IP de esta solicitud ha resultado en la síntesis de un nuevo biomaterial nanocomposite (HA-SBA-15) biocompatible constituido por nanopartículas de hidroxiapatito de calcio en asociación con la matriz de sílice mesoestructurada. Además de la biocompatibilidad, la alta superficie y la distribución de poros con un tamaño homogéneo hacen que este material sea un candidato muy interesante para su utilización como matriz para la adsorción de moléculas terapéuticas, medicamentos o factores de crecimiento que requieran su liberación de forma controlada. Las proteínas morfogenéticas de hueso (BMPs) han sido utilizadas ampliamente debido a sus propiedades osteoinductoras. Las proteínas recombinantes BMP-2 y BMP-7 han sido aprobadas por la FDA para su uso en cirugía ortopédica, sin embargo, el uso de estos factores de crecimiento no está muy extendido debido al alto costo de estos tratamientos y al miedo a posibles efectos secundarios como consecuencia de su utilización en altas concentraciones sin un sistema de liberación adecuado. Por otra parte resultados recientes del equipo coordinador de esta solicitud (subproyecto 2) ha producido y patentado una proteína recombinante BMP (rh-BMP-2) con un dominio de unión al colágeno tipo I (CBD). Esta proteína de fusión ha mostrado ventajas respecto a la proteína nativa BMP-2 y su uso combinado con colágeno puede representar una alternativa terapéutica mejor y más segura en la reparación del tejido óseo. En este subproyecto se propone el estudio de nuevas rutas de síntesis para producir un material nano-organizado (HA-SBA-15) con variaciones en los parámetros texturales y las nanopartículas de HA con el objetivo de optimizar las propiedades de adsorción y posterior liberación de la proteína rhBMP-2 con afinidad por colágeno. Un objetivo paralelo será determinar las variables y condiciones experimentales adecuadas para incorporar la proteína rhBMP-2-CBD al material nano-organizado. El estudio analizará la cantidad de biomolécula, la cinética de desorción y su integridad. Una segunda tarea de esta propuesta es la consolidación del material particulado nano-organizado en piezas tridimensionales híbridas de material cerámico-colágeno biocompatibles, macroporosas y con una estabilidad mecánica mínima que permita su utilización en los experimentos in vivo que se proponen llevar a cabo como parte de las tareas del Subproyecto 2. Se ensayaran métodos para obtener piezas tridimensionales que conserven sus características nanoestructuradas. Se abordará la integración del material sin funcionalizar y funcionalizado con rhBMP-2-CBD.


Materiales poliméricos y nanocomposites híbridos en forma de lámina delgada para aplicaciones fotónicas y fotovoltaicas (NANOPHOTON)



Investigador Principal: Angel Barranco Quero
Periodo: 01-01-2010 / 02-02-2013
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P09-TEP-5283 (Proyecto de Excelencia)
Componentes: Ana Borrás, Fabián Frutos, Lola González-García, Said Hamad, S. Lago, Alberto Palmero, Carmen Ruiz-Herrero, Juan R. Sánchez-Valencia, Johan Toudert

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El proyecto NANOPHOTON persigue el desarrollo de una nueva familia de materiales, estructuras y prototipos de dispositivos con aplicación en campos tales como el aprovecha-miento de energía solar, el análisis medioambiental y la tecnología espacial. El punto de parti-da del proyecto es la investigación en nuevos materiales ópticamente activos en forma de película delgada nanométrica de carácter polimérico e híbrido. Estas láminas delgadas activas se procesarán e integrarán usando diferentes técnicas para formar estructuras ópticas de uso como sensores fotónicos ambientales, filtros fotónicos insensibles al ángulo de incidencia para comunicaciones en satélites y celdas fotovoltaicas. Un aspecto muy interesante del proyecto es su completa compatibilidad con los métodos sintéticos de uso común en tecnología microelectrónica y optoelectrónica siendo fácilmente transferibles a la industria. NANOPHOTON integra desde estudios fundamentales de simulación molecular a procesos de fabricación de estructuras nanométricas con actividad fotónica pasando por la fabricación de estructuras y prototipos para llegar a test de validación de prototipos en condiciones reales.


Aplicaciones de cristales fotónicos en células solares: aumento de la eficiencia de conversión de potencia mediante la amplificación de la absorpción óptica



Investigador Principal: Hernán R. Míguez García
Periodo: 14-01-2009 / 13-01- 2012
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P08-FQM-03579 (Proyecto de Excelencia)
Componentes: Manuel Ocaña Jurado, Mauricio Calvo Roggiani, Nuria Nuñez, Agustín Mihi, Gabriel Lozano, Silvia Colodrero, Nuria Hidalgo, Olalla Sánchez Sobrado

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El concepto central en el que se basa esta propuesta es que los cristales fotónicos, adecuadamente implementados en una célula solar, permiten obtener mejoras sustanciales de su eficiencia. Más concretamente, el presente proyecto pretende estudiar el efecto de la propagación anómala de la radiación electromagnética que tiene lugar en materiales fotónicos sobre la eficiencia y operatividad de células fotovoltaicas de colorante de diverso tipo. El proyecto propone la fabricación de láminas delgadas de partículas coloidales (diámetro comprendido entre 0.010 µm y 1 µm) de óxidos de distinto tipo (óxido de titanio, óxido de estaño, óxido de zinc, óxido de silicio, etc…), pudiendo estas partículas encontrarse tanto en una red ordenada (cristal coloidal) como en forma desordenada pero formando parte de una superestructura que presente orden en una escala de longitud mayor (estructuras multicapas de nanopartículas). Se ha demostrado recientemente que este tipo de estructuras, cuando se acoplan siguiendo un diseño preciso a un electrodo de una célula solar, dan lugar a un aumento extraordinario de la absorción óptica como consecuencia de la localización de luz en la lámina absorbente. Este aumento de la absorción se traduce en un aumento de la fotocorriente que da lugar a su vez a un aumento de la conversión de potencia de la celda. Algunos de los trabajos pioneros a escala mundial en la comprensión del efecto y la aplicación de cristales fotónicos en células solares han sido realizados en el Instituto de Ciencia de materiales de Sevilla y el objetivo primordial de este proyecto es establecer una línea experimental sólida en esta temática que ya ha dado resultados de gran impacto y extraordinariamente prometedores. El presente proyecto se enmarca dentro de la subárea de Nanociencias, Nanotecnología y Materiales dedicada a Nuevos Materiales Fotónicos para Células Solares y Pantallas, según establece en la convocatoria la Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa de la Junta de Andalucía.


Control del la Absorción y la Emisión Ópticas de Nanomateriales en Cristales Fotónicos



Investigador Principal: Hernán R. Míguez García
Periodo: 01-01-2009 / 31-12-2011
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2008-02166
Componentes: Manuel Ocaña Jurado, Mauricio Calvo Roggiani, Nuria Nuñez, Agustín Mihi, Gabriel Lozano, Silvia Colodrero, Nuria Hidalgo, Olalla Sánchez

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En este proyecto se estudiarán las modificaciones que tienen lugar tanto en la absor-ción como en la emisión ópticas de nanomateriales de diverso tipo (nanopartículas dopadas con tierras raras, nanopartículas semiconductoras, films de colorantes organicos de grosor nanométrico) por el hecho de encontrarse éstos formando parte de una estructura de cristal fotónico. El estudio se realizará tanto desde el punto de vista fundamental como aplicado, centrándose en materiales que tengan interés en distintos campos de la tecnología actual. La motivación principal de este proyecto desde el punto de vista aplicado radica en la posibilidad de modificar controladamente estos procesos de absorción y emisión, de tal modo que puedan inhibirse o amplificarse según convenga a un fin determinado. En concreto, se pretende poner en práctica estos nuevos fenómenos para el diseño de células solares más eficientes, capaces de recolectar una mayor cantidad de la radiación incidente, y en el desarrollo de films para sensores sensibles a modificaciones de distinto tipo en su entorno, tales como presencia de analitos de distinto tipo, variaciones en la presión del vapor ambiente, etc.... En su aspecto más fundamental, nuestra propuesta ahonda en el análisis de la interacción entre luz y materia en sistemas en los que existe una fuerte dispersión y anisotropía de la constante dieléctrica, y en los que es posible obtener bajas velocidades de propagación de fotones. Para este análisis se emplearán cristales fotónicos con orden tridimensional como matrices en los que se infiltrará una gran variedad de nanomateriales tanto orgánicos como inorgánicos en diferentes configuraciones y cuya absorción y emisión serán estudiadas.


Estudio de Materiales modificados superficialmente mediante Reflexafs SURCOXAFS



Investigador Principal: Adela Muñoz Páez
Periodo: 01-01-2009 / 31-12-2011
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2008-06652
Componentes: Stuart Ansell, Regla Ayala Espinar, Sofía Díaz Moreno, Lola González García, José Manuel Martínez Fernández, Víctor López Flores

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La espectroscopia de Absorción de Rayos X en modo reflexión, ReflEXAFS, es una técnica novedosa que proporciona la información característica del EXAFS, estructura del entorno local del elemento absorbente, junto con la obtenida por medidas de reflectometría, tales como rugosidad, espesor de capa o densidad. Todo ello focalizado en la zona próxima a la superficie, proporcionando además la posibilidad de controlar el espesor analizado en función del ángulo de incidencia del haz, en el rango de 20 a 200 Ǻ. Asimismo, y a diferencia de otras espectroscopias superficiales como XPS, permite acceder a capas “enterradas”. Por ello es muy útil para el estudio de materiales con propiedades singulares en su superficie, tales como los modificados superficialmente y los obtenidos por deposición de capas finas. Habiendo desarrollando los protocolos de medida en proyectos previos, se propone la aplicación de la técnica a sistemas reales de dos tipos: aceros modificados superficialmente mediante nitruración y materiales formados por capas finas mixtas con propiedades ópticas y magnéticas singulares. Aparte del interés intrínseco de la técnica y de los sistemas objeto de estudio, este proyecto tiene relevancia en el marco del desarrollo de la espectroscopia XAS en relación con la línea española del ESRF, SPLINE, y de la nueva fuente española de radiación sincrotrón ALBA.


Funcionalización superficial de materiales para aplicaciones de alto valor añadido (FUNCOAT)



Investigador Principal: Agustín R. González-Elipe
Periodo: 15-12-2008 / 15-12-2013
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: CSD2008- 00023 (Consolider)
Componentes: Fernández Camacho, A., Espinós, J.P., Yubero, F., Cotrino, J., Sánchez López, J.C., Barranco, A., Palmero, A., Rojas, C.

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FUNCOAT es un proyecto integrado dentro de la convocatoria CONSOLIDER-INGENIO 2010 que persigue explotar las sinergias existentes entre la comunidad científica española en materiales, teniendo como objetivo general el desarrollo de nuevos métodos y la optimización de procedimientos de funcionalización superficial de materiales para la mejora de sus propiedades. El proyecto integra a 14 centros de investigación diferentes, que cubren desde aspectos básicos y teóricos hasta diversas aplicaciones finales. Esta integración de esfuerzos es crítica para lograr avances sustanciales en este campo, más allá que la mera acumulación de resultados. Los grupos de investigación pertenecen a diversas Universidades, CSIC (organismo que actúa como gestor del proyecto) y centros tecnológicos, y presentan relaciones científicas que, en algunos casos, se remontan hasta hace 15 años. Objetivos científico-técnicos parciales son: la comprensión de los fenómenos fundamentales que rigen la modificación de superficies y crecimiento de capas, el control micro y nanoestructural de superficies y capas delgadas, la optimización de los procesos de crecimiento de las capas, la obtención de superficies modificadas con características multifuncionales con aplicaciones en diversos campos (protección mecánica, óptica, magnetismo, biomateriales, energía, etc) y, finalmente, el desarrollo de nuevos dispositivos y aplicaciones de los materiales funcionales en sectores tecnológicos clave. Otros objetivos horizontales, relacionados con los anteriores, son la formación de investigadores en técnicas y métodos de funcionalización y el desarrollo de una transferencia tecnológica eficaz a los sectores productivos. Sectores estratégicos clave en los que las actividades de FUNCOAT inciden con mayor impacto son la metalurgia, vidrio, plásticos, sensores, salud y energía. El proyecto se estructura en torno a los ejes de actividad siguientes que deben permitir la mejor coordinación de los esfuerzos y la integración de las distintas actividades de los grupos. A) Fenómenos básicos de superficies, intercaras y láminas delgadas, B) Nuevos procesos para el control de la micro- y nano- estructura superficiales, C) Recubrimientos mecánicos y metalúrgicos para protección superficial, D) Funcionalización química de superficies y aplicaciones biomédicas, E) Recubrimientos para aplicaciones ópticas y control eficiente de captación energía solar, F) Nuevos fenómenos magnéticos en superficies e interfases.


Plasmas de nitrógeno para funcionalizacion superficial de materiales (PLASNITRO)



Investigador Principal: José Cotrino Bautista
Periodo: 01-02-2008 / 31-01- 2011
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P07-FQM-03298 (Proyecto de Excelencia)
Componentes: Agustín R. González-Elipe, Francisco Yubero Valencia

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En el proyecto PlasNitro se aborda la caracterización de plasmas de nitrógeno en di-versas aplicaciones tecnológicas relacionadas con técnicas de deposición y funcionalización de materiales, reformado y procesos de esterilización que involucran a la Tecnología de Plasma. Se pondrán a punto diferentes procedimientos para medir propiedades de los plasmas, usados en dopado, deposición, funcionalización y modificación de materiales, que contienen nitrógeno usando técnicas de diagnosis basadas en la detección de especies de nitrógeno. El nitrógeno es hoy día un componente usual, sólo o en mezclas con otros gases, en muchos procesos usados en tecnología de plasma. Su caracterización experimental y/o teórica permitirá obtener propiedades fundamentales del plasma (densidad electrónica, temperatura electrónica, temperatura del gas, especies reactivas, etc.) y conocer la contribución a las reacciones homogéneas (en fase plasma) y heterogéneas (interacción plasma-superficie) de los componentes procedentes del nitrógeno. En el proyecto se elaborarán códigos numéricos para obtener la función de distribución electrónica en el plasma. Para este fin será necesaria previamente la evaluación de la distribución vibracional del nitrógeno. Este paso implica tener en cuenta múltiples procesos vibracionales-vibracionales, vibracionales-traslacionales y vibracionales-rotacionales. A partir de la función de distribución electrónica se podrán construir modelos de fluido del plasma en los que intervienen las especies más importantes. Los cálculos teóricos se complementarán con medidas experimentales usando sonda electrostática de Langmuir, que permitirán medir la función de distribución electrónica, así como densidad y temperatura de los electrones. Mediante un analizador de gases residuales se controlará la presión parcial de nitrógeno en cada aplicación y los componentes neutros del plasma. Los modelos cinéticos del plasma de nitrógeno permitirá en muchos casos la interpretación de medidas en el plasma alejado del equilibrio termodinámico y las técnicas de escalado dinámico y simulación Monte Carlo permitirán el control de la nano/microestructura de los materiales depositados/modificados. Se tendrán, de esta forma, técnicas que permitirán controlar y mejorar los procedimientos de trabajo y las propiedades deseadas en los materiales.


El destino del material subducido



Investigador Principal: Ana Isabel Becerro Nieto
Periodo: 01-7-2006 / 31-01-2011
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: MRTN-CT-2006-035957
Componentes: Universidad de Bayreuth (Alemania), Universi-dad de Milán (Italia), University College London (Reino Unido), Geological Survey of Norway (Noruega), Universidad Pierre et Marie Curie, París (Francia), Friedrich Schiller Universitat Jena (Alemania), UniverzitaKarlova V Praga (República Checa)

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Uno de los procesos más interesantes y determinantes de la dinámica y la química de la Tierra es el transporte de material desde su superficie hacia el interior. Este fenómeno, que tiene lugar en los límites de placas convergentes, se encuentra relacionado no sólo con la tectónica de placas sino también con la formación de terremotos y volcanes, así como con la evolución química de la atmósfera terrestre. A pesar de la importancia del fenómeno de la subducción, existen muchos aspectos de la misma escasamente estudiados hasta la fecha, de manera que el avance en su comprensión requiere la integración de varias subdisciplinas de la Geología, así como la integración de campos científicos próximos. Para solucionar dicha fragmentación y avanzar en el conocimiento básico del proceso de subducción, hemos formado una red europea que combina los recursos y experiencia en petrología, mineralogía experimental y teórica, y el análisis, síntesis y estudios dinámicos del interior de la Tierra.


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