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Proyectos de Investigación

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.


Nuevo concepto de caldera de biomasa basada en materiales biocerámicos y combustión porosa para operación eficiente con residuos



Investigador Principal: Joaquín Ramírez Rico
Periodo: 30-12-2016 / 29-12-2019
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2016-76526-R
Componentes: Julián Martínez Fernández, Manuel Jiménez Melendo

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En la Unión Europea se generan anualmente más de cinco toneladas de residuos por personas, siendo aproximadamente el 60% de esta cantidad materia orgánica. La tecnología de las calderas de biomasa actuales no permiten el uso de estos residuos funcionando con altos valores de eficiencia, bajas emisiones y alta fiabilidadad de operación, siendo especialmente relevante en calderas de pequeño tamaño.

El principal objetivo de este proyecto es desarrollar un nuevo concepto de tecnología para calderas de biomasa doméstica capaz de operar con gran variedad de mezclas de biomasas y residuos agrícolas.  Para ello se aprovecharán las sinergias de la integración de investigadores del: i) Grupo Maquinas y Motores Térmicos, GMTS, especialistas en combustión, calderas y máquinas térmicas ii) Grupo Materiales Biomiméticos y Multifuncionales, MBM, especialistas en la obtención de cerámicos porosos bioderivados, así como en caracterización físico-química y microestructural. El proyecto se completa con la colaboración de empresas en la evaluación de la tecnología y su aplicabilidad industrial En la Unión Europea se generan anualmente más de cinco toneladas de residuos por personas, siendo aproximadamente el 60% de esta cantidad materia orgánica. La tecnología de las calderas de biomasa actuales no permiten el uso de estos residuos funcionando con altos valores de eficiencia, bajas emisiones y alta fiabilidadad de operación, siendo especialmente relevante en calderas de pequeño tamaño.

El principal objetivo de este proyecto es desarrollar un nuevo concepto de tecnología para calderas de biomasa doméstica capaz de operar con gran variedad de mezclas de biomasas y residuos agrícolas.  Para ello se aprovecharán las sinergias de la integración de investigadores del: i) Grupo Maquinas y Motores Térmicos, GMTS, especialistas en combustión, calderas y máquinas térmicas ii) Grupo Materiales Biomiméticos y Multifuncionales, MBM, especialistas en la obtención de cerámicos porosos bioderivados, así como en caracterización físico-química y microestructural. El proyecto se completa con la colaboración de empresas en la evaluación de la tecnología y su aplicabilidad industrial

El proyecto se basa en la innovadora integración de material biocerámico microporoso en las cámaras de combustión de calderas de biomasa de modo que actúen con diferentes funciones: combustor microporoso, filtro de partículas y recuperador de calor. Estas funcionalidades  pueden ser simultáneas, en función de la región del flujo en que se encuentren y el rango de temperaturas de esa región. Este material biocerámico es desarrollado a partir de precursores vegetales para obtener elementos de Carburo de Silicio (SiC). Para ello se usan materiales locales sin tratar, produciendo elementos hechos a medida con propiedades microestructurales adecuadas para trabajar con altas temperaturas. Así, productos con geometrias complejas pueden ser obtenidos con relativamente bajo coste comparados con otros materiales con características macánicas y químicas similares. La integración de componentes basados en estos materiales posibilita nuevos diseños de calderas de biomasa con un alto control de la combustión, las temperaturas y la emisión de partículas. El nuevo diseño evita la sinterización y fusión de las cenizas, actuando en la formación y evolución de contaminantes, inhibiendo los mecanismos de producción de dioxinas y activando la completa oxidación del monóxido de carbono (CO) y soots. El nuevo concepto permitirá la operación con una importante varieda de mezclas biomasa/ residuos agrícolas con bajas emisiones aun cuando el combustible pesente un alto contenido de cenizas, resolviendo el principal reto para el desarrollo del uso residuos agrícolas en calderas de biomasa (especialmente las de menor tamaño). El desarrollo de esta tecnología permitirá ampliar los recursos de la Unión Europea para calefacción de uso doméstico. En la actualidad este uso supone un 30% del consumo energético total en la misma. La propuesta incluye el estudio de los procesos básicos de combustión, flujos, fabricación a medida de las matrices de materiales biocerámicos, así como estudio y desarrollo de prototipos de componentes y del sistema final. Estos serán estudiados a nivel de ensayos de laboratorio con residuos agrícolas, forestales y de la industria olivarera.


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


Cerámicas Nanoestructuradas a Base de Carburo de Boro y Nitruro de Titanio para Aplicaciones Estructurales



Investigador Principal: Diego Gómez García / Arturo Domínguez Rodríguez
Periodo: 01-01-2016 / 31-12-2019
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2015-71411-R
Componentes: Francisco L. Cumbreras Hernández, Felipe Gutíerrez Mora, Ana Morales Rodríguez

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El proyecto tiene como misión la fabricación de forma controlada científicamente de nanocerámicos de carburo de boro y de nitruro de titanio mediante la técnica de chispa de plasma. Se estudiarán las propiedades mecánicas de ambos cerámicos a temperatura ambiente (dureza y tenacidad), así como su plasticidad a alta temperatura (resistencia a la fluencia, deformación a velocidad constante).

Se pretende estudiar la influencia de la microestructura en la respuesta mecánica, así como dilucidar los mecanismos que controlan la plasticidad (particularmente la interacción de dislocaciones con maclas). Los resultados se modelarán analíticamente o mediante simulación a escala mesoscópica (vía modelos de campos de fases).


Desarrollo de catalizadores soportados sobre estructuras porosas para aplicaciones de generación y combustión catalítica de hidrógeno en el contexto de energías renovables



Investigador Principal: Asunción Fernández Camacho
Periodo: 01-01-2016 / 31-12-2018
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: CTQ2015-65918-R
Componentes: Asunción Fernández, Mª Carmen Jiménez de Haro, Vanda Godinho, Gisela Arzac, Dirk Hufschmidt, Rocio García

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El agotamiento de combustibles fósiles a corto y medio plazo y los cambios climáticos producidos por el efecto invernadero son algunas de las principales consecuencias del uso extendido de estos combustibles. En este escenario el hidrógeno como vector de transporte y almacenamiento de energía es un candidato muy atractivo en el contexto de un mayor uso de las energías renovables y limpias. En consecuencia se plantean actualmente retos importantes para el desarrollo de tecnologías adecuadas,  tanto en la producción de hidrógeno libre de CO2, como en su transporte y almacenamiento seguro, y en su combustión eficiente para producir calor ó electricidad en una pila de combustible. Sobre la base de los proyectos previos del grupo en el estudio de hidruros complejos para almacenamiento de hidrógeno y en el desarrollo de catalizadores y procesos integrados  de generación y uso del hidrógeno en aplicaciones portátiles; se abordarán en este proyecto nuevas investigaciones  para desarrollar catalizadores novedosos soportados sobre estructuras porosas: membranas y espumas de materiales poliméricos, metálicos y cerámicos de alto interés actual. Los catalizadores se desarrollarán y estudiarán en reacciones seleccionadas de generación y combustión de acuerdo a las siguientes líneas de actuación:

1) Desarrollo de materiales novedosos con alto valor añadido del conjunto soporte-catalizador. Por un lado los soportes porosos basados en membranas de PTFE, espumas metálicas de Ni y espumas cerámicas de SiC. El objetivo es desarrollar los nuevos catalizadores sobre soportes de interés  como membranas separadoras, electrolitos, electrodos ó combustores de hidrógeno. Los nuevos catalizadores persiguen la reducción del uso de metales nobles (i.e. bimetálicos Pt-Cu, Ni-Fe) y el desarrollo de nuevos materiales metal-metaloide (carburos, boruros, etc.). Se usarán métodos químicos de impregnación, y muy especialmente la tecnología de deposición de películas delgadas,  pulverizacón catódica, que hemos aplicado recientemente con éxito a la fabricación de catalizadores de Co. La metodología abre un campo de investigación de gran interés al permitirnos el control de la microestructura y/o la composición (i.e. Co, Co-B, Co-C) de los catalizadores a demanda.

2) La caracterización microestructural y química de los nuevos materiales y catalizadores desarrollados en el proyecto. Se trata típicamente de materiales con una microestructura y nanoestructura controlada en donde las modernas técnicas nanoscopicas van a jugar un papel fundamental en la fabricación a medida de estos.

3) Estudio de actividad en tres ensayos catalíticos: i) la generación hidrolítica de hidrógeno, ii) la descomposición fotocatalítica del agua y iii) la combustión catalítica del hidrógeno. Todas ellas reacciones de alto interés en el contexto del uso del hidrógeno como vector de transporte y almacenamiento de energías renovables.

--Sobre la base de los resultados obtenidos en estas líneas de actuación, el proyecto se ha diseñado para alcanzar un conocimiento fundamental y un diseño racional en la nanoescala de catalizadores soportados en sustratos porosos. Las relaciones composición-estructura-propiedades se investigarán usando los ensayos catalíticos y fotocatalíticos acoplados a la microscopía electrónica de alta resolución analítica y otras técnicas espectroscópicas.


Desarrollo de Materiales Foto-Funcionales para Aplicaciones Medioambientales



Investigador Principal: José Antonio Navío Santos
Periodo: 01-01-2016 / 31-12-2018
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: CTQ2015-64664-C2-2-P
Componentes: María del Carmen Hidalgo López, Manuel Macías Azaña

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La fotocatálisis heterogénea es un proceso avanzado de oxidación que ha sido objeto de una enorme cantidad de estudios relacionados con la purificación de gases y del agua. La mayoría de estos estudios se han realizado para el tratamiento de aguas y utilizando el TiO2 o materiales basados en este óxido y más recientemente, aunque en una clara minoría, se han estudiado otros óxidos inorgánicos binarios, ternarios y cuaternarios, predominando en todo caso los estudios de estos últimos materiales para el tratamiento de aguas. En cuanto al catalizador (base del proceso fotocatalítico) que es el responsable de la eficacia o fracaso del proceso, en la última década se han desarrollado numerosos y variados métodos de síntesis que han sido principalmente probados en procesos de degradación fotocatalítica en fase acuosa. Sin embargo, pocos estudios se han realizado con óxidos mixtos ( binarios, binarios-acoplados, ternarios y cuaternarios) y menos en fase gasesosa.

En base a estas consideraciones y a la dilatada y reconocida experiencia que el grupo de este Subproyecto#2 tiene el campo de la síntesis y caracterización de materiales foto-funcionales (en el UV y UV/Vis), y debido al reducido número de estudios fotocatalíticos en fase gas, en su mayoría estudiando un sólo componente, se plantea en este Subproyecto#2, el desarrollo de materiales foto-funcionales que conduzcan a materiales basados no sólo en TiO2 con propiedades mejoradas sino a otros materiales basados en este óxido y a otros óxidos inorgánicos binarios, los obtenidos por acoplamientos de óxidos binarios y ternarios, que se obtengan por procedimientos de síntesis distintos (o modificados) a los ya recogidos en la bibliografía, y cuya fotoactividad sea evaluada por el grupo del Subproyecto#1, sin que se descarte ensayos previos de actividad fotocatalítica en agua por el grupo del Subproyecto#2.

Entre los materiales que se pretenden sintetizar en el Subproyecto#2 (empleando métodos no-hidrotermales, hidrotermales y sol-gel) se contemplan: óxidos binarios (TiO2, ZnO, ZnO2, Fe2O3, WO3, Bi2O3, Ta2O5 , La2O3), óxidos binarios acoplados (TiO2-WO3, TiO2-ZnO, TiO2-ZnO2; TiO2-Ta2O5, TiO2-La2O3, ZnO-Fe2O3 y ZnO2-Fe2O3), óxidos ternarios (Bi2WO6, Bi2WO6-ZnO, Bi2WO6-ZnO2, Bi2WO6-Fe2O3, Bi2Ti2O7, ZnWO4, La2Ti2O7), contemplando la foto-deposición de metales (Pt, Ag, Au) en los sistemas que muestren una actividad fotocatalítica considerable (Semiconductores/Metal).

Los mejores sistemas evaluados se remitirán al grupo del Subproyecto#1 para el estudio de la viabilidad fotocatalítica en la eliminación de NOx,COVs, CO, CO2 y SO2 presentes en emisiones gaseosas.


Recubrimientos para aplicaciones en energía y alta temperatura



Investigador Principal: Juan Carlos Sánchez López
Periodo: 01-01-2016 / 31-12-2018
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2015-65539-P
Componentes: Iñigo Braceras Izaguirre (INASMET), Teresa Cristina Rojas Ruiz, Maria Belinda Sigüenza Carballo

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La protección de las superficies frente a la temperatura, los fenómenos de oxidación o el desgaste ha logrado un progreso substancial mediante el desarrollo de nuevos materiales y recubrimientos con propiedades mejoradas tales como dureza extrema, baja fricción y tasas de desgaste, elevada resistencia ante la temperatura y la oxidación. Estas mejoras suponen un enorme ahorro de energía y reducción de costes debido a la vida media de los componentes mecánicos sin necesidad de sustitución, así como, a una reducción del impacto medioambiental. Este campo de investigación tiene una profunda repercusión en una gran variedad de sectores industriales (energía, herramientas de mecanizado, automoción, aeronáutico, metalurgia, etc.). El reto para la mayoría de estos procesos de funcionalización superficial residen en un control estricto de la micro y nanoestructura de la superficie y de las intercaras que hagan posible la aparición de nuevas propiedades y aplicaciones que la nanotecnología ofrece.

En este proyecto, se prepararán recubrimientos nanoestructurados para la protección de componentes sometidos a altas temperaturas y ambientes agresivos buscando un comportamiento mejorado. Este objetivo será abordado para tres diferentes aplicaciones que contribuirían a procesos energéticos más eficientes, energías renovables y soluciones para disminuir el impacto medioambiental. Basándonos en el sistema Cr-Al-N, se depositarán diferentes recubrimientos mediante la técnica de pulverización catódica reactiva cambiando la composición química (contenido en metal, incorporación de dopantes tales como Y o Si); microestructura; distribución de fases; arquitectura (multicapa/nanocomposite) o estructuras más complejas (tándem, multicapa en gradiente) sobre los sustratos apropiados dependiendo de la aplicación prevista: a) resistencia a la oxidación a alta temperatura (hasta 1000ºC) para herramientas; b) absorbedores solares selectivos estables térmicamente a medias (300-500ºC) y alta temperatura (>600ºC); resistencia a la corrosión para componentes en turbinas de vapor supercríticos (650ºC/100% vapor).

La investigación sobre los mecanismos de oxidación, transformaciones de fases, modificaciones estructurales, etc. serán objeto de un estudio detallado sobre los sustratos definidos para lograr un conocimiento fundamental sobre los procesos de degradación y los efectos protectores. El establecimiento de correlaciones entre las propiedades iniciales y el comportamiento funcional permitirá una mejor comprensión de los mecanismos de protección y por ende, una optimización de tales sistemas en forma de recubrimientos nanoestructurados para las aplicaciones previstas.

 

Palabras clave: Recubrimientos, alta temperatura, resistencia oxidación, corrosión, nanoestructurado, energía, absorbedor solar, multicapas


Sistemas Catalíticos Estructurados para la Producción de Biocombustible



Investigador Principal: José Antonio Odriozola Gordón
Periodo: 01-01-2016 / 31-12-2018
Organismo Financiador: inisterio de Economía y Competitividad
Código: ENE2015-66975-C3-2-R
Componentes: María Isabel Domínguez Leal, Anna Dimitrova Penkova, Francisca Romero Sarria

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La dependencia de nuestro actual sistema energético de las fuentes de combustibles fósiles y sus adversos efectos medioambientales están potenciando el desarrollo de fuentes de energía de origen renovable. Este es el caso de los biocombustibles de segunda generación. Los procesos de producción de combustibles a partir de biomasa lignocelulósica y residuos orgánicos son habitualmente catalíticos y se caracterizan por la necesidad de un intenso intercambio de calor asociado al elevado efecto térmico de las reacciones químicas implicadas, dificultad para minimizar simultáneamente las limitaciones difusionales y la caída de presión en los reactores convencionales de lecho fijo y, en ocasiones, por necesitar tiempos de contacto extremadamente cortos. Todo ello hace que las tecnologías catalíticas convencionales trabajen en condiciones no óptimas.

Los sistemas catalíticos estructurados, catalizadores estructurados y reactores de microcanales ofrecen excelentes oportunidades para superar estas limitaciones ya que permiten minimizar simultáneamente las limitaciones difusionales y la caída de presión, mejorar los flujos radiales de calor y materia y permitir tiempos de contacto muy cortos con elevadas eficiencias. Los monolitos de canales paralelos longitudinales, las espumas de porosidad abierta y las mallas metálicas son sustratos que pueden fabricarse a partir de numerosas aleaciones metálicas y con diferentes densidades de celda o poro. También pueden ser recubiertas de cualquier catalizador de interés, adaptándose así a los diferentes requerimientos de cada proceso. Por otro lado, los reactores de microcanales pueden proporcionar una intensificación del proceso sin igual que va acompañada de un excelente control de la temperatura, de la calidad de producto y con mejoras sustanciales en la seguridad del proceso.

El objetivo del proyecto es estudiar sistemas catalíticos estructurados para la producción de energía de origen renovable. En concreto, se estudiarán la síntesis de Fischer-Tropsch, la síntesis directa de dimetiléter y la producción del gas de síntesis que alimentará estos procesos mediante reformado de biogás y "producer gas".Además se estudiará la reacción de desplazamiento del gas de agua que resulta clave para el ajuste de la relación H2/CO en el gas de síntesis.

Se hará especial hincapié en la influencia de las características térmicas de los sistemas estructurados en su comportamiento catalítico. Para ello se estudiará el efecto de la densidad de celdas en monolitos, densidad de poros en espumas, luz de malla en mallas apiladas, tipo de aleación metálica, espesor del recubrimiento catalítico y geometría del sustrato (incluyendo en algunos casos reactores de microcanales).Se considerarán como fases activas catalizadores muy próximos al estado del arte.

El desarrollo de estos estudios se hará con el apoyo de tres tareas transversales lideradas por cada uno de los tres grupos participantes, pero en las que participarán todos ellos: la preparación de los sistemas catalíticos estructurados, la caracterización mediante técnicas avanzadas y los estudios de modelado y simulación. Mediante este proyecto se pretende generar un conocimiento que contribuya a expandir el actual campo de aplicación de los sistemas catalíticos estructurados hacia aplicaciones energéticas sostenibles que se verían beneficiadas por las ventajas que ofrecen estos sistemas en línea con el reto Energía segura, eficiente y limpia.


Tratamiento sostenible de residuos industriales: Materiales adsorbentes de diseño y bionanocomposites en la inmovilization de metales pesados y productos de fision



Investigador Principal: Maria Dolores Alba Carranza
Periodo: 01-01-2016 / 31-12-2018
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2015-63929-R
Componentes: Miguel Angel Castro Arroyo, Ana Carmen Perdigón Aller, María del Mar Orta Cuevas

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El Proyecto de investigación que se presenta aborda la exigencia tecnológica y medioambiental de desarrollar metodologías avanzadas para la eliminación de agentes contaminantes. El interés y los esfuerzos encaminados al desarrollo de nuevas tecnologías orientadas a tratamientos más eficientes en la inmovilización y revalorización de los residuos peligrosos es creciente en los planes de I+D+i. El objetivo central del proyecto se basa en el diseño de una estrategia de funcionalización de silicatos laminares de alta carga expansibles y en la síntesis de bionanocomposites a partir de ellos para conseguir una actividad eficaz respecto de la inmovilización de residuos tóxicos y peligrosos, catiónicos y aniónicos. Este objetivo es un cambio cualitativo en el trabajo que se viene desarrollando en el diseño de sistemas modelos adsorbentes con aplicaciones medioambientales de clara repercusión en la mejora de la calidad de vida de la población y conservación del medioambiente, ya que la funcionalización de diseño de los silicatos sintéticos permitirá la adsorción de un amplio abanico de adsorbentes en estado de oxidación aniónico-catiónico. La finalidad y objetivos del proyecto se centran en la Focus Area WASTE de H2020 y esta Focus Area se desarrolla dentro del reto 2 y 5 de H2020 y dentro del Reto 5 y 3 de los Planes Estatales de Investigación.

El proyecto ha despertado el interés de diversas empresas observadoras, EPOs, (ENRESA  y la Agencia de la Energía y para la Sostenibilidad del Ayuntamiento de Sevilla ) impulsando la colaboración público-privada. Por tanto, la investigación desarrollada auna los principios básicos de la estrategia estatal de Ciencia y Tecnología: Poner la I+D+I al servicio de la ciudadanía, del bienestar social y de un desarrollo sostenible, hacer de la I+D+I un factor de mejora de la competitividad empresarial (transferencia de los resultados al sector privado, ver interes de los EPOs) y reconocer y promover la I+D como un elemento esencial para la generación de nuevos conocimientos de excelencia.

La viabilidad de la propuesta se garantiza porque el equipo de investigación, EI, por un lado, ha desarrollado con éxito la síntesis de silicatos laminares hidratables de alta carga, a través de un método novedoso que permite ajustar la carga deseada para el material, y, por otro, ha conseguido exitosamente su organofuncionalización (patente ES2362597B1). Además, ha desarrollado la metodología necesaria para el correcto progreso de este proyecto, en estrecha colaboración con otros Grupos de investigación internacionales de reconocido prestigio (e.g. CNRS-Universidad de Lille, Universidad de Cambridge...). Además el EI ha demostrado que potencia la agrupación de las capacidades y competencias científico-técnicas esenciales para abordar esta propuesta de marcado caracter transversal.

 


Bases genéticas de la composición y propiedades biofísicas de la cutícula del fruto del tomate. Aprovechamiento de la variabilidad natural



Investigador Principal: Rafael Fernández Muñoz (IHSM)
Periodo: 01-01-2016 / 31-12-2018
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: AGL2015-65246-R
Componentes: José Jesús Benítez, Fernando Gallardo Alba (UMA), Antonio Heredia Bayona (IHSM)

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La producción de frutos de gran calidad y valor añadido es uno de los retos importantes de la agricultura. La cutícula que cubre el exterior de las células epidérmicas juega un papel crucial en la calidad del fruto de tomate, concretamente en su apariencia externa (color, brillo, textura, uniformidad), en el origen y desarrollo de fisiopatías de gran importancia económica como el agrietado, además de en el mantenimiento del estado hídrico de los frutos durante la postcosecha. En proyectos anteriores (AGL2006-12494, AGL2009-12134 y AGL2012-32613), de los que éste puede considerarse una continuación, se puso de manifiesto el importante papel que juega la cutícula en el agrietado y cómo cambios en las propiedades biomecánicas de la misma repercuten en la incidencia de esta fisiopatía. De igual manera, el estudio de los flavonoides presentes en la cutícula que le proporcionan su especial coloración en estadios maduros permitió identificar el papel que éstos juegan como reguladores de la síntesis de cutícula y en su permeabilidad al agua. En este proyecto se empleará una población de líneas recombinantes puras (RIL) y una población de líneas de introgresión (IL) de un cruzamiento S. lycopersicum x S. pimpinellifolium para la validación e identificación de QTLs y genes candidatos involucrados en la deposición de los distintos componentes de la cutícula (ceras, cutina, flavonoides, polisacáridos) y la localización de QTLs/regiones genómicas asociadas a otros caracteres de cutícula como el grosor y densidad que hasta el momento no han sido estudiados. Este abordaje multidisciplinar, que incluye el análisis biofísico de las cutículas, permitirá el diseño de variedades de fruto de tomate con propiedades biomecánicas e hidrodinámicas que reduzcan la incidencia del agrietado, que mantengan el estatus hídrico del fruto durante la postcosecha y que eviten caracteres gustativos de la piel poco deseables para el consumidor. Finalmente, se estudiará una colección de entradas de todas las especies silvestres de tomate que ahondará en el conocimiento de cómo ha evolucionado la cutícula y sus componentes en el taxon Lycopersicon. Este análisis evolutivo permitirá la identificación de diferentes tipos morfológicos de cutículas y de diversas combinaciones de sus componentes que serán útiles para el aumento de la variabilidad disponible en los futuros programas de mejora genética para la obtención de variedades de tomate de calidad. 


Procesado y caracterización microestructural, mecánica y eléctrica de compuestos cerámica-grafeno



Investigador Principal: Angela Gallardo López (UEI) / Rosalía Poyato Galán
Periodo: 01-01-2016 / 31-12-2018
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2015-67889-P
Componentes: Antonio Muñoz Bernabé, Felipe Gutiérrez Mora, Ana Morales Rodríguez

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En la actualidad se plantean interesantes expectativas sobre los compuestos cerámica/grafeno, propuestos para aplicaciones en catálisis, almacenamiento y conversión de energía, protección del medio ambiente y biotecnología. Pero aún se requieren importantes esfuerzos para dar respuesta a cuestiones abiertas. Hay que incidir en aspectos como la resistencia a la cizalla de las intercaras cerámica-grafeno -esencial para asegurar la transferencia de carga efectiva sobre las láminas de grafeno-, la distribución homogénea del grafeno en la matriz cerámica y la relación de tamaños entre matriz y refuerzo, para maximizar el aumento de tenacidad y de conductividad eléctrica, así como también explorar sus propiedades mecánicas a alta temperatura.
En este proyecto se plantea un estudio sistemático de compuestos de matrices cerámicas con grafeno, desde la fabricación hasta la caracterización microestructural, mecánica y eléctrica, con el objetivo de mejorar la comprensión de los mecanismos que controlan estas propiedades al incorporar nanoestructuras de grafeno a una matriz cerámica. Se procesarán compuestos de dos matrices cerámicas diferentes, de alúmina y de circona tetragonal dopada con óxido de itrio (3YTZP), con grafeno mediante técnicas coloidales, prestando especial atención a la dispersión del grafeno en la matriz cerámica, aspecto no exento de dificultades y que es clave para conseguir la mejora de las propiedades. La sinterización se realizará en un horno de descarga de plasma (SPS, spark plasma sintering) de última generación, optimizando las condiciones para conseguir compuestos densos y de tamaño de grano nanométrico. Para el análisis microestructural se utilizarán técnicas como la difracción de rayos X, la espectroscopía Raman, y la microscopía electrónica de barrido y transmisión. Con ellas se evaluarán las fases cristalográficas presentes, el tamaño de grano, la distribución de las nanoestructuras de grafeno, etc.
Desde el punto de vista del diseño de materiales avanzados, es fundamental investigar la relación entre microestructura y propiedades mecánicas y eléctricas. Las propiedades mecánicas a temperatura ambiente (dureza, tenacidad a la fractura y resistencia a flexión) se abordarán mediante indentación y ensayos de flexión, a escalas macro y microscópica. A alta temperatura, se estudiará la deformación plástica de los compuestos cerámica-grafeno mediante ensayos de fluencia en atmósferas controladas. También se estudiará el comportamiento tribológico de los compuestos y se evaluará su conductividad eléctrica, una de las propiedades más interesantes ya que se modifica de forma notoria como resultado de la incorporación del grafeno a estos sistemas cerámicos. La respuesta eléctrica se analizará en un amplio rango de temperaturas, bien mediante espectroscopía de impedancia compleja, bien mediante medidas de conductividad en corriente continua en el caso de los compuestos menos resistivos. 


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.


Aplicación de técnicas avanzadas de microscopía electrónica para la caracterización de recubrimientos nano-estructurados para aplicaciones en energías limpias



Investigador Principal: Ana María Beltrán Custodio
Periodo: 01-03-2015 / 28-02-2017
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: TAHUB-050. Programa Talent HUB
Componentes:

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Este proyecto se centra en la generación y almacenamiento de hidrógeno con el objetivo de producir hidrógeno para energías limpias. Esto sucede durante una reacción exotérmica en la que es necesaria la presencia de un catalizador para que se lleve a cabo en condiciones de seguridad. Los catalizados basados en metales nobles son buenos candidatos para este objetivo (cobalto, cobre…). Aquí, los sistemas completos catalizador-soporte son estudiados. Estos sistemas son crecidos mediante técnicas de pulverización catódica (“magnetron sputtering”). La estructura y la composición son estudiadas a escala nanométrica mediante técnicas avanzadas de microscopía electrónica de transmisión-barrido (STEM), como la microscopía electrónica de alta resolución (HRTEM), imágenes adquiridas en modo campo oscuro con detector de alto ángulo (HAADF), energía dispersiva de rayos X, espectroscopia de pérdida de energía de electrones (EELS), para análisis químico. Además, el uso de la técnica de caracterización tridimensional, tomografía electrónica, aporta un completo conocimiento del sistema analizado. La combinación de técnicas de análisis estructural y de composición, en modo TEM y STEM, nos permite obtener una completa nano-caracterización del sistema. Estos análisis STEM son una herramienta esencial para determinar la relación entre la microestructura, las condiciones de crecimiento y el comportamiento final y las propiedades del sistema, que nos ayudará a mejorarlos y, por tanto, contribuir a la producción de energía limpia.

Este proyecto tiene cuatro objetivos estratégicos.

1. Nano-materiales para aplicaciones en energía limpia. Materiales para la producción, uso y almacenamiento de hidrógeno.
2. Desarrollo de la técnica de magnetron sputtering para la fabricación de nano‑estructuras (capas delgadas, recubrimientos y micro-estructuras multicapas).
3. Potenciación de las facilidades LANE (Laboratorio de microscopía del centro ICMSE-CSIC).
4. Uso de técnicas avanzadas de caracterización estructural y de análisis para el estudio a nano-escala de nuevos nano-materiales.