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Proyectos de Investigación

Absorbedores solares innovadores para energías renovables y sostenibles (i-SOLARSE)


01-09-2024 / 31-12-2027



Investigador Principal: Juan Carlos Sánchez López / Ramón Escobar Galindo
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación y Universidades
Código: PID2023-147102NB-I00 (Proyectos de Generación de Conocimiento)

Equipo de Investigación: Cristina T. Rojas Ruiz, Bertrand Lacroix (Universidad de Sevilla), María Sonia Mato Rodríguez (Universidad Complutense de Madrid)

En los últimos años, la búsqueda de nuevos materiales con mejores prestaciones para su uso en energías renovables se ha convertido en una cuestión crucial debido al agotamiento de los combustibles fósiles, la creciente concentración de gases de efecto invernadero y los cambios climáticos. Entre ellas, la energía solar destaca como una de las mejores opciones por su carácter limpio e inagotable, ofreciendo el potencial de generar tanto calor como electricidad. El presente proyecto de investigación está orientado al desarrollo de materiales avanzados para la absorción solar selectiva, diseñados específicamente para satisfacer las condiciones de funcionamiento requeridas en términos de temperatura y entorno para aplicaciones solares-térmicas.
Con esta finalidad, se sintetizarán estructuras de absorción solar selectiva basadas en óxidos y oxinitruros de metales de transición sobre sustratos metálicos (acero inoxidable 316L e Inconel 625) utilizando la tecnología de pulverización catódica (concretamente se hará uso de la variante de impulsos de alta potencia – High Power Impulse Manetron Sputtering, HiPIMS). En particular, se ensayarán recubrimientos multicapa basados en CrAlSiON para condiciones de funcionamiento típicas de las plantas solares de concentración: T≥650 ºC en aire (receptores de torre solar) y T≤500 ºC en vacío (colectores cilindro-parabólicos). Se explorará el crecimiento de óxidos negros no estequiométricos de Al, Cr y Ti para aplicaciones termosolares a 200 ºC (aire o vacío) con el fin de producir calor utilizable en la industria y en aplicaciones domésticas. Un enfoque complementario consistirá en el desarrollo de capas finas con efecto barrera para bloquear la interdifusión de iones desde el sustrato a los sistemas absorbedores y la generación de óxidos negros por oxidación directa de los sustratos en atmósferas controladas. Los aspectos básicos a considerar son el rendimiento de conversión solar, la estabilidad térmica, la resistencia a la oxidación y el comportamiento frente al envejecimiento.
El proyecto comprenderá todas las etapas, empezando por la síntesis de los materiales individuales componentes de las estructuras selectivas solares, seguida del diseño y la simulación del comportamiento óptico, y terminando por la síntesis del sistema solar absorbedor completo. La caracterización estructural y química, la evaluación de la estabilidad térmica y la resistencia a la oxidación se llevarán a cabo simultáneamente con el objetivo de optimizar los recubrimientos selectivos de absorción solar con el mejor rendimiento y durabilidad. La fase final consistirá en la validación en condiciones muy parecidas a las de la aplicación prevista, abarcando tanto pruebas de laboratorio como de campo.


Diseño fotónico de dispositivos optoelectrónicos basados en sólidos de puntos cuánticos de perovskita (PQD-Photonics)


01-09-2024 / 31-12-2027



Investigador Principal: Hernán Ruy Míguez García / Mauricio Calvo Roggiani
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación y Universidades
Código: PID2023-149344OB-I00 (Proyectos de Generación del Conocimiento)

Equipo de Investigación: Juan Galisteo López, Laura Caliò, Carmen Gutiérrez Lázaro, Lucía Castillo Flores

Los sólidos de puntos cuánticos (QD) se preparan principalmente mediante la deposición de suspensiones de nanocristales coloidales sobre sustratos planos, generalmente después de un largo procedimiento de intercambio de ligandos, necesario para lograr el transporte de carga de punto a punto requerido en un dispositivo optoelectrónico. Si bien este proceso se ha optimizado para conseguir un alto coeficiente de absorción y rendimiento cuántico de luminiscencia junto con una buena movilidad del portador, lo que ha permitido la fabricación de células solares y diodos emisores de luz eficientes, las películas QD construidas de esta manera suelen presentar imperfecciones (faltas de homogeneidad, agregados, espesor variaciones, rugosidad superficial…), cuya principal consecuencia es la presencia de una dispersión difusa de la luz que da lugar a una opacidad parcial. Una de las consecuencias nocivas de esta dispersión es que dificulta la implementación de un diseño fotónico que podría maximizar la absorción y/o emisión de luz a través de una distribución espacial racional y determinista de los campos electromagnéticos acoplados o desacoplados. Avances recientes realizados por el grupo solicitante en (i) el desarrollo de sólidos basados en puntos cuánticos de perovskita de haluros metálicos transparentes (tanto coloidales como no coloidales), (ii) la realización de los primeros materiales optoelectrónicos basados en estos sólidos QD transparentes y (iii) el análisis del transporte de carga a través de ellos mediante técnicas espectroscópicas avanzadas, permiten prever una solución creíble a esta limitación. En este contexto, el proyecto PQD-Photonics tiene como objetivo realizar configuraciones mejoradas en las que se optimicen tanto las propiedades ópticas como las de transporte de carga, dando lugar a dispositivos optoelectrónicos basados en QD más eficientes energéticamente, versátiles, estables y funcionales. En este proyecto, se busca mejorar el rendimiento de las células solares, las capas de conversión de color, los diodos emisores de luz, los láseres y los fotodetectores mediante la integración de una variedad de diseños fotónicos compatibles con el procesamiento de dispositivos. Aunque todos los materiales y dispositivos que se estudiarán están basados en halogenuros de perovskita, los resultados de este proyecto podrían extenderse directamente a cualquier tipo de semiconductor QD procesado en solución, lo que amplía ampliamente la gama de materiales y dispositivos que pueden beneficiarse de los resultados obtenidos en el Proyecto PQD-Photonics.


Generación e interacciones de plasmas con ondas acústicas en materiales piezoeléctricos de fundamentos y al desarrollo de microrreactores para procesos reactivos en fase gas


01-09-2024 / 31-12-2027



Investigador Principal: Manuel Oliva Ramírez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación y Universidades
Código: PID2023-147916NA-100 (Proyectos de Generación del Conocimiento)

Equipo de Investigación: Ana María Gómez Ramírez

Producción de hidrógeno y gas de síntesis de composición ajustable a partir de corrientes de fermentación etanólica y biocarbones (HySynChar)


01-09-2024 / 30-11-2027



Investigador Principal: Miguel Angel Centeno Gallego / María Isabel Domínguez Leal
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación y Universidades
Código: PID2023-147861OB-C22 (Proyectos de Generación de Conocimiento)

Equipo de Investigación: Leidy Marcela Martínez Tejada

El presente proyecto forma parte del proyecto coordinado HySynChar, que pretende desarrollar una estrategia novedosa para la integración de un conjunto de reacciones y procesos basados en tecnologías catalíticas y de gasificación para la producción de vectores de energía o productos de alto valor añadido (hidrógeno y compuestos oxigenados, particularmente acetaldehído, ácido fórmico y ácido acético) y gas de síntesis de composición ajustable, mediante la valorización de las principales corrientes de salida del proceso de fermentación etanólica de azúcares, bioetanol y dióxido de carbono, y biocarbones residuales, contribuyendo con ello al desarrollo de tecnologías energéticas sostenibles. El principal objetivo del proyecto ICMS es generar corrientes de hidrógeno a partir del ácido fórmico producido por oxidación selectiva de acetaldehído, obtenido por el subproyecto 1 (INMA) a partir de bioetanol. Específicamente, el proyecto ICMS se centra en el estudio de las reacciones de i) oxidación selectiva de acetaldehído, tanto en fase líquida como gaseosa, para la producción de ácido fórmico y/o acético y ii) deshidrogenación de ácido fórmico. Para este fin, se pretende desarrollar catalizadores activos, selectivos y estables, novedosos y preferiblemente basados en metales de transición, para ambas reacciones. En el caso de la oxidación selectiva de acetaldehído, se estudiarán catalizadores basados en VOx soportado en TiO2 or SiO2, FeOx soportado en CeO2-ZrO2 y Au soportado en TiO2, SiO2 y CeO2-ZrO2, buscando el control de la selectividad de la reacción hacia la producción de ácido fórmico o acético. En el caso de la reacción de deshidrogenación de ácido fórmico, los catalizadores estarán basados en Cu o Fe y el objetivo buscado es conseguir una producción continua de corrientes de hidrógeno estables, y libres de CO, a partir de corrientes diluidas de ácido fórmico usando catalizadores de bajo coste y respetuosos con el medioambiente. Todos los materiales preparados serán totalmente caracterizados estructural y químicamente por una gran variedad de técnicas (DRX, XPS, SEM, HRTEM, Raman, DRIFTS, TPR/TPD, UV-Vis, Análisis textural, etc.), tanto pre- como post-reacción, para evaluar las posibles modificaciones ocurridas en el transcurso de la misma. Igualmente, se realizarán estudios en condiciones de reacción (in-situ y operando) por espectroscopias IR/DRIFTS acopladas con MS, lo que, junto con los resultados de actividad y de caracterización, permitirá analizar el mecanismo de las reacciones y así poder establecer la relación estructura-actividad en cada caso. El conocimiento de esta relación permitirá optimizar el catalizador diseñado. Los sólidos con los mejores resultados catalíticos en todas las reacciones del consorcio (INMA-ICMS) serán estructurados en reactores monolíticos para analizar el efecto de la configuración del reactor.


Advancing supercapacitors with plasma-designed multifunctional hybrid materials


28-06-2024 / 28-06-2027



Investigador Principal: Juan Ramón Sánchez Valencia
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades "Proyectos de Colaboración Internacional"
Código: PCI2024-153451 Programa Internacional: M-ERA Net COFUND

Equipo de Investigación: Ángel Barranco Quero, Ana Isabel Borrás Martos, Vanda Fortio Godinho, Victor Joaquín Rico Gavira, Jorge Gil Rostra, Francisco Javier Aparicio Rebollo, Juan Pedro Espinós Manzorro




Current rechargeable energy storage devices face important drawbacks, including long-term raw materials availability, life-cycle, high prices, and safety issues. Due to their fast discharge capabilities and long-term life cycle, supercapacitors are potential candidates for future energy storage. However, supercapacitors must overcome technical problems with designing electrodes and electrolytes, stability, energy density, and attaining industry standards.
ANGSTROM proposes an environmentally friendly plasma-enabled approach for developing advanced materials for supercapacitors, comprising vertical nanocarbon and highly porous active materials, the latter consisting of covalent organic frameworks or a new type of “a la carte” conformal porous metal oxides. The multidisciplinary and ambitious methodology and unique expertise will make it possible to surpass the state-of-the-art supercapacitors with superior capacitive storage, high energy density, and potential for reusability.
The ANGSTROM consortium includes three international academic and one industrial partner. The Spanish National Research Council (CSIC), Spain, coordinates the consortium. The other academic partners are the Jožef Stefan Institute (JSI), Slovenia, and The Central European Institute of Technology (CEITEC), and the industrial company is IQS nano, these two latter from Czechia.

Programa Internacional: M-ERA Net COFUND

https://angstrom-meranet.eu/


Flexible and advanced Biofuel technology through an innovative microwave pYrolysis & hydrogen-free hydrodeoxygenation process: FLEXBY


01-05-2024 / 30-04-2028



Investigador Principal: Tomás Ramírez Reina
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: GRANT AGREEMENT NO. 101144144 (HORIZON EUROPE)

Equipo de Investigación: José Antonio Odriozola Gordón, Laura Pastor Pérez, Luis F. Bobadilla

Biomass-derived liquid transportation fuels have been proposed as part of the solution to mitigate climate change and many countries are providing incentives to support the growth of bioenergy utilization. Nevertheless, most biofuels currently are made from food-related sources and have a negative impact on food production. The development of cost-effective solutions to minimize carbon waste and inhibit biogenic effluent gas emissions in sustainable biofuel production processes is still at an early stage of development.
FLEXBY intends to go significantly boost this development by producing advanced biofuel through an innovative, cost-efficient process that will reach TRL5. At FLEXBY we will produce biofuel using biogenic waste from microalgae cultivated in domestic wastewater as well as the oily sludge from refineries. This residual biomass will undergo a microwave pyrolysis treatment to produce three different fractions: bio-liquid, pyro-gas, and bio-char. The bio-liquid fraction will be converted to jet, diesel, and marine bio-fuels (heavy transport biofuels) through a versatile and innovative Hydrogen-free Hydrodeoxygenation. The gaseous fraction will be converted to bio-hydrogen through a steam-reforming water gas-shift process (WGS) and preferential CO oxidation (PrOx). Both liquid and gaseous biofuel will be tested and validated in fuel cells to produce electricity, along with an evaluation of their respective suitability for the transport sector. FLEXBY promotes a circular economy by recycling biomass residues and all sub-products obtained during the project. The combined expertise of the industrially-driven consortium (formed by 1 LE, 4 SMEs, 2 universities, 1 non-profit association, and 2 RTOs) from 5 different countries will be able to achieve these objectives. In terms of impact, FLEXBY will increase the use of advanced biofuels in the heavy transport sector, mitigating climate impact in key areas of the global economy

https://cordis.europa.eu/project/id/101144144


Detectores de Rayos X basados en Compuestos de Perovskita


01-10-2023 / 31-03-2025



Investigador Principal: Miguel Anaya Martín
Organismo Financiador: Fundación BBVA
Código: LEO23-11319


Las imágenes médicas obtenidas mediante tomografía axial computarizada (TAC) podrían volverse mucho más precisas gracias a los detectores de conteo de fotones. Sin embargo, los materiales que se emplean actualmente para fabricar estos detectores, basados en el cadmio, requieren una pureza extremadamente difícil, y por tanto económicamente costosa de conseguir. El proyecto de Miguel Anaya Martín propone emplear un material alternativo – la perovskita de haluro- y encapsularlo en una red porosa para reducir considerablemente los costes de producción y facilitar la escalabilidad de estos detectores, logrando así que se vuelvan universales en las imágenes por TAC.


Materiales fotónicos para mejorar el proceso de afterglow en láminas delgadas transparentes con luminiscencia persistente


01-12-2023 / 30-11-2025



Investigador Principal: Gabriel S. Lozano Barbero
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación. "Europa Excelencia"
Código: EUR2023-143467


Los materiales con luminiscencia persistente (PersL) son capaces de almacenar energía óptica en defectos estructurales que actúan como trampas y generar luz mucho después de que desaparezca la fuente de excitación, i.e. en el afterglow, lo que permite introducir el tiempo como un elemento de diseño más en nuevas soluciones de iluminación. A pesar de las ventajas asociadas a la reducción de tamaño, las propiedades de los nanomateriales persistentes distan mucho de las de sus homólogos másicos. PHLOW busca encontrar nuevas formas de controlar la PersL mediante el diseño del entorno óptico de los emisores, un camino inexplorado hasta hoy. Para ello, se propone procesar láminas delgadas transparentes con PersL para su integración en arquitecturas fotónicas con el fin de optimizar el proceso de carga y mejorar la cantidad de luz emitida durante el afterglow. Es relevante destacar que los procesos de almacenamiento de carga y emisión compiten entre sí. Es decir, a medida que las trampas se llenan, también se vacían parcialmente en un proceso dinámico. Sin embargo, no existe ninguna estrategia diseñada específicamente para alterar el proceso de carga o aumentar el nivel de ocupación de las trampas. Al mismo tiempo, la tasa de desexcitación radiativa de una transición depende del entorno óptico a través de la densidad local de estados ópticos. Por este motivo, se espera que el diseño óptico tenga un impacto, además de sobre el mecanismo de outcoupling, sobre el proceso intrínseco de generación de luz, lo que debe permitir alterar el equilibrio de población de trampas, afectando a la cinética de carga y a la intensidad de la PersL. Así, se plantea como objetivo general el estudio del impacto que los cambios en el entorno óptico producen en los procesos de almacenamiento de energía y emisión de luz persistente para señalar el potencial del diseño óptico como herramienta para controlar la PersL en láminas delgadas transparentes. Este enfoque, naturalmente interdisciplinario, tendrá un profundo impacto científico, ya que nunca se ha explorado la fotónica para controlar los mecanismos de carga y emisión que determinan la PersL, pero también tecnológico, ya que permite el desarrollo de fuentes de luz dependientes del tiempo para impulsar conversores de color más versátiles, etiquetas inteligentes, recubrimientos novedosos para la lucha contra la falsificación o el almacenamiento óptico de datos.


Diseño de cerámicas avanzadas con nanomateriales 2D para dispositivos electroquímicos de alta temperatura


01-09-2023 / 31-08-2027



Investigador Principal: Ana Morales Rodríguez / Rosalía Poyato Galán
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2022-140191NB-I00

Equipo de Investigación: Ángela Gallardo López, Felipe Gutiérrez Mora, Rocío del Carmen Moriche Tirado

El avance en el conocimiento en el campo de los materiales compuestos de matriz cerámica con segunda fase de nanomateriales bidimensionales es fundamental de cara a su uso futuro en aplicaciones tecnológicas, como son los dispositivos electroquímicos de alta temperatura. Así, es muy necesaria una comprensión profunda de las bases de sus nuevas funcionalidades y su desempeño optimizado.
La presente propuesta presenta un estudio sistemático de composites con matriz de circona estabilizada con 8 %mol de itria y una segunda fase de nanomateriales laminares bidimensionales -grafeno o nanoláminas de nitruro de boro- pensados para su utilización en celdas de combustible de óxido sólido, con el objetivo de profundizar en la comprensión de los mecanismos que controlan su comportamiento térmico, mecánico y eléctrico.
Se llevará a cabo un estudio de procesado con el objetivo de obtener composites con una microestructura optimizada, siempre persiguiendo una distribución homogénea del nanomaterial 2D en toda la matriz cerámica y una alta densidad. En un primer paso, se optimizará la rutina de procesado del polvo para mejorar la dispersión de la nanoestructura 2D en el polvo compuesto. En un segundo paso, se realizará un estudio de sinterización a diferentes temperaturas y presiones con el objetivo de obtener composites totalmente densos. Se analizará el efecto de la incorporación de la nanoestructura 2D sobre la microestructura del composite cerámico, para lo cual se evaluarán las fases cristalinas y la distribución, tamaño e integridad estructural de los nanomateriales 2D.
Se realizarán medidas de difusividad y conductividad térmica en función de la temperatura bajo diferentes atmósferas con el fin de analizar el efecto de la incorporación de la segunda fase, así como la posible orientación preferencial. Se realizarán ensayos de deformación a alta temperatura controlando las condiciones de tensión, temperatura y ambiente de trabajo, persiguiendo la identificación de los mecanismos microscópicos responsables del comportamiento de fluencia así como la comprensión de los mecanismos de fractura y plasticidad de los composites.
Se realizarán medidas de conductividad eléctrica en función de la temperatura para evaluar el efecto de la incorporación de las diferentes nanoestructuras 2D sobre el  comportamiento eléctrico de los composites. Se identificará el tipo de conducción -iónica, mixta o electrónica- para los composites con diferentes contenidos de nanoláminas de grafeno.


Diseño e impresión 3D de implantes bifásicos porosos personalizados para el tratamiento de defectos osteocondrales


01-09-2023 / 31-08-2026



Investigador Principal: Yadir Torres Hernández (US) / Ana Alcudia Cruz (US)
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2022-137911OB-I00

Equipo de Investigación: Dr. Francisco José Gotor Martínez, Dr. Manuel de Miguel Rodríguez (US), Dra. Ana Isabel Raya Bermúdez (Universidad de Córdoba), Dr. Juan Morgaz Rodríguez (Universidad de Córdoba), Dra. María José Montoya García (US), Dr. Eugenio Velasco Ortega (US), Dra. Mercedes Giner García (US), Dra. Loreto Monsalve Guil (US), Dra. Belén Begines Ruiz (US), Dr. Francisco José García García (US)

Actualmente, el número de lesiones musculoesqueléticas que requieren el reemplazo de tejido óseo y cartilaginoso está aumentando drásticamente. Estas condiciones, denominadas defectos osteocondrales (OCD), se derivan de diferentes enfermedades. La Comisión Lancet estimó que únicamente en 2020, más de 500 millones de personas se han visto afectadas por la osteoartritis, con un coste médico asociado entre el 1 % y el 2,5 % del producto interno bruto en países con alto nivel de vida.La mayoría de los tratamientos aplicados para el OCD solo se dirigen al tejido cartilaginoso, por lo que actualmente se está investigando el uso de implantes bifásicos para tratar simultáneamente ambos tejidos. Estos implantes están formados por una sección rígida que sustituye al tejido óseo subcondral y una sección blanda que imita el cartílago. En este proyecto se propone la novedosa fabricación de implantes bifásicos personalizados para el tratamiento del OCD en regiones articulares. El uso de la impresión 3D-Direct Ink Writing (DIW) para ambos tejidos permitirá una fabricación a medida completa del implante. Por un lado, se optimizará la impresión de una aleación de β-Ti para obtener una pieza 3D con equilibrio biomecánico y biofuncional mejorado, según la experiencia previa de nuestro grupo en la fabricación de implantes a base de Ti por diferentes metodologías. Esta tecnología permite el control de la porosidad del objeto cuya optimización, junto con el uso de la aleación de β-Ti, conducirá a un sustituto óseo con un módulo de Young cercano al tejido óseo huésped, reduciendo el problema de estrés sin comprometer el rendimiento mecánico.La impresora DIW utilizada incluirá dos depósitos, para imprimir simultáneamente dos tintas diferentes y un eje rotatorio para la impresión en la parte superior de la superficie curva del implante. Además, la inclusión de un composite a base de quitosano con vidrios bioactivos en la sección metálica potenciará la osteointegración y reducirá la proliferación bacteriana debido a la actividad antimicrobiana. Las piezas impresas más prometedoras se evaluarán in vitro, utilizando hOB, e in vivo en conejos blancos de Nueva Zelanda. Los resultados obtenidos con la aleación β-Ti impresa se compararán con los obtenidos a partir de sustratos de Ti comercialmente puro y diferentes aleaciones de Ti preparados previamente por el grupo de investigación con la técnica space-holder para seleccionar el sustituto óseo con mejores prestaciones. Por otro lado, se optimizará un biomaterial del tipo Red de Polímeros Interpenetrados (IPN), para generar un hidrogel con las propiedades para ser impreso y funcionar como el tejido del cartílago. Esta IPN contendrá 2 materiales poliméricos diferentes. El principal con carácter antibiofouling, (demostrad en equipo), y un crosslinker de carbohidratos hidrofílicos (mejora biocompatibilidad). El segundo polímero es ácido hialurónico reticulado con
una diamina hidrofílica derivada de azúcar (mejorara adhesión/proliferación condrocitos). Se evaluará la proporción componentes y porosidad obtenida con la estrategia de impresión para mantener el comportamiento antibiofouling pero ofreciendo el desempeño requerido en términos de viscoelasticidad y resistencia que mimetizan el cartílago. Además, se evaluará in vitro su comportamiento celular
y génico. Así, el implante bifásico final se fabricará utilizando los sustitutos de tejidos más prometedores y se probará in vivo en conejos blancos NZ.


Dispositivos fotónicos y optoelectrónicos de alta estabilidad basados en perovskitas de haluro mediante tecnologías de vacío y plasma


01-09-2023 / 31-08-2026



Investigador Principal: Angel Barranco Quero / Juan Ramón Sánchez Valencia
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2022-143120OB-I00

Equipo de Investigación: Vanda Fortio, Victor López, José Cotrino, Ricardo Molina (IQAC), Victor J. Rico, Juan Pedro Espinós, Ana I. Borrás, Francisco J. Aparicio, Carmen López, Agustín R. González-Elipe

PVSkite es un proyecto multidisciplinar que tiene como principales objetivos incorporar las técnicas de plasma de deposición y de procesado de materiales y un conjunto de técnicas sintéticas de vacío al desarrollo de materiales, nanoestructuras y dispositivos basados en perovskitas de haluro. En el caso de las técnicas de plasma, buscamos explorar aproximaciones, como la técnica RPAVD (deposición en vacío asistida por plasmas remotos), a desarrollo de sistemas optimizados de encapsulación de celdas, pasivación de electrodos, ingeniería de intercaras, y diseño de nuevas formulaciones de electrodos para celdas de perovskita de haluro. Esta aproximación queda avalada por algunos resultados recientes y muy prometedores del grupo, sobre la encapsulación de celdas de perovskita y la pasivación de electrodos inorgánicos con películas poliméricas conformales ultradelgadas mediante procesos de plasma. En el caso de los procesos de vacío, el proyecto se centrará en la aplicación de la técnica de deposición en ángulo rasante (GLAD) al diseño de perovskitas cristalinas anisotrópicas para el control de la polarización de la luz, así como en la estructuración de electrodos de transporte de carga. También aquí se parte de algunos resultados iniciales muy recientes que muestran el enorme potencial de esta aproximación en al campo de la síntesis de nanoestructuras de perovskitas de haluro anisotrópicas. Las aproximaciones experimentales propuestas no han sido abordadas en la literatura actual, pero creemos que pueden tener un impacto muy importante en desarrollo de estos materiales y dispositivos. En ambos casos, el grupo cuenta con más de dos décadas de experiencia internacional reconocida en la fabricación de materiales funcionales por estas técnicas y en su aplicación final en dispositivos (fotónicos, sensores, captadores de energía, etc.).

El proyecto abarca actividades fundamentales y aplicadas a diferentes niveles, como la simulación de procesos de crecimiento, la síntesis de nuevos materiales bajo diseño, la caracterización avanzada de propiedades y la interrogación de dispositivos. El desarrollo de una serie de prototipos a escala de laboratorio es un aspecto fundamental de la propuesta, que servirá para validar la viabilidad de los materiales desarrollados. Con este fin se diseñarán las plataformas y los protocolos de medida adecuados. El primer tipo de dispositivo a desarrollar serán celdas de perovskitas estables frente al agua y la humedad que incorporen todas las modificaciones de intercaras, nuevos electrodos y elementos de encapsulación desarrollados en el proyecto. El segundo tipo de dispositivos serán dispositivos optoelectrónicos de perovskita sensibles a la polarización. Se estudiarán dos tipos a) dispositivos emisores de luz polarizada y b) detectores de luz polarizada. El proyecto se completa con una evaluación preliminar de la estabilidad a vacío y en presencia de fuentes de ionización de dispositivos seleccionados.

Además, se cuenta con la colaboración y el interés expreso de cuatro empresas directamente relacionadas con la propuesta: Arquimea, a través de su división de energía, Lasing SA con una amplia experiencia en el uso y desarrollo de elementos y dispositivos fotónicos y Fluxim, líder mundial en el estudio y el desarrollo de equipamiento para el estudio de la estabilidad ambiental de celdas solares. La cuarta, ALTER Tech, está interesada en la potencial aplicación de celdas estables de perovskita en el espacio.


Materiales para sistema híbrido de almacenamiento de energía térmica de alto rendimiento basado en sales fundidas y carbonatos


01-09-2023 / 31-08-2026



Investigador Principal: Luis Allan Pérez Maqueda / Antonio Perejón Pazo
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2022-140815OB-C22

Equipo de Investigación: Pedro Enrique Sánchez Jiménez, José Manuel Valverde Millán (US)

El objetivo principal del proyecto HIPERTES es el desarrollo de un nuevo concepto de almacenamiento termoquímico de energía de alta temperatura basado en un sistema híbrido de carbonatos y sales fundidas en un único reactor. El subproyecto 2 se centra principalmente en los aspectos relacionados con el desarrollo de materiales adecuados a estas nuevas condiciones de operación, así como a la optimización de las mismas y el estudio del comportamiento de los materiales durante los ciclos termoquímicos.

Si bien existen soluciones basadas en el uso de aditivos sólidos para intentar mejorar la ciclabilidad y el rendimiento de procesos termoquímicos basados en reacciones de carbonatación/calcinación, estas soluciones tienen un límite, pues siempre se observa un decaimiento de la actividad con el número de ciclos que se hace más evidente a manera que aumenta el número de éstos. En este proyecto se propone una solución novedosa basada en sistemas híbridos de carbonatos con sales fundidas. Las sales aportaran un incremento de la reactividad tanto de calcinación como de carbonatación, mejorando sobre todo las cinéticas de los procesos difusivos.

Así, se espera que las sales aporten (i) cinéticas rápidas de calcinación y carbonatación para que los procesos de carga y descarga sean lo más rápidos posibles y (ii) alta estabilidad multicíclica evitando los procesos de desactivación por sinterizado y bloqueo de poros. Se proponen dos tipos de sistemas, uno basado en pellets porosos que se impregnarían con las sales y otro basado en baños de sales fundidas donde se dispersarían las partículas de carbonato. Para la primera solución se usarán técnicas de peletizado que permitan obtener pellets porosos a partir de suspensiones acuosas de partículas de carbonatos tanto minerales como sintéticas. Los pellets obtenidos se impregnarán con sales de alta temperatura. En la segunda solución, se seleccionarán mezclas de sales de alta estabilidad térmica en las que se dispersarán partículas o pellets de carbonatos. Para la preparación de los pellets porosos se usarán técnicas de “freeze granulation” que permiten obtener pellets porosos y estables a partir de suspensiones de partículas. Todos los materiales preparados se caracterizarán en cuanto a sus propiedades termofísicas y a su comportamiento multicíclico. Se establecerán las condiciones óptimas de funcionamiento, así como los rangos máximos de trabajo. Estos resultados se usarán como parámetros para el subproyecto 1.

El subproyecto 2 cuenta con la participación de un equipo multidisciplinar con experiencia en química, reactividad de sólidos, cinética heterogénea, física y ciencia de materiales para completar los objetivos propuestos. Tienen experiencia y solvencia avalada en la ejecución de proyectos nacionales e internacionales, además de proyectos industriales, en el campo del diseño y caracterización de materiales para el almacenamiento de energía térmica.


Perovskitas de haluro libres de ligando en GaN poroso para aplicaciones de emisión de luz de nueva generación


01-09-2023 / 31-08-2026



Investigador Principal: Miguel Anaya Martín / Sol Carretero Palacios
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2022-142525OA-I00

Equipo de Investigación: Alberto Jiménez Solano

PEROGAN propone un material disruptivo mediante el crecimiento de emisores de perovskita de haluro dentro de los poros de GaN nanoestructurado. El proyecto estará impulsado por el modelado óptico y la visualización de las propiedades del material donde la interacción entre la fotofísica, la composición y la estructura se controlará a nanoescala. Perovskitas de haluro tolerantes a defectos se combinarán con GaN de alto rendimiento de forma monolítica. Este proyecto cimentará futuros logros científicos en los que LED operativos y rentables con emisión a la carta podrán cubrir aplicaciones fotónicas como iluminación, imagen y detección


PHOTOelectrocatalytic systems for Solar fuels energy INTegration into the industry with local resources


01-09-2023 / 31-08-2027



Investigador Principal: Hernán Míguez y Laura Caliò
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: HORIZON-CL5-2022-D3-02-06


The PHOTOSINT project presents solutions to the challenges chemical industries are facing in integrating renewable energy sources into their processes. The project will deliver sustainable processes to produce hydrogen and methanol as energy vectors using only sunlight as an energy source and wastewater and CO2 as feedstocks, making the industries more auto-sufficient. The pathway is based on solar-driven artificial photosynthesis, and aims to develop new catalytic earth-abundant materials and modifications of existing ones to improve catalytic processes. Design parameters of the PEC cell will be tuned to maximize solar to fuel (STF) efficiency. Moreover to improve the conversion for industrial implementation, PHOTOSINT will develop a novel way to concentrate and illuminate the semiconductor surface to maximize overall energy efficiency. Perovskite solar PV cells will be integrated to harvest the light to supply the external electrical voltage.

PHOTOSINT is an ambitious project due to precedents in research conducted to date and the low production rate of the desired products. For integrating sunlight energy into the industry, the catalyst will be studied, and then the best one/s will be implemented in prototypes. The obtained results will be used for making scale-up in pilots with tandem PEC cells. These steps are necessary to assess the industrial scale-up feasibility, promoting the increased competitiveness of renewable process energy technologies and energy independence. MeOH and H2 will be tested in engines. Also, an HTPEM fuel cell will be used for electricity generation, and hydrogen will be tested as an alternative fuel for energy generation instead natural gas in melting furnaces avoiding CO2 emissions.


Técnicas innovadoras basadas en campos eléctricos para la preparación de baterías de estado sólido


01-09-2023 / 31-08-2026



Investigador Principal: Eva Gil González
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2022-141199OA-I00 (Proyectos Investigación Orientada)

Equipo de Investigación: Xin Li, Sandra Molina Molina, Ahmed Taibi

El desarrollo de las tecnologías de almacenamiento energético es fundamental para la transición hacia una economía climáticamente neutra. Las Baterías de Estado Sólido (BES) se presentan como candidatas prometedoras para solventar los graves problemas que presentan las baterías de ion litio que dominan el mercado tecnológico actual. Las BES reemplazan el electrolito líquido, orgánico e inflamable, de estos dispositivos por un sólido no inflamable, lo que aumenta la seguridad de estos dispositivos, entre muchas otras ventajas. Así, en las últimas décadas los electrolitos sólidos han experimentado un gran avance, donde un grupo muy importante lo conforman los electrolitos cerámicos tipo óxidos y fosfatos, por sus altas conductividades iónica, amplia venta de potencial electroquímico y compatibilidad con litio metálico. Sin embargo, las altas temperaturas (por tiempo prolongado) que se requieren para su síntesis y procesado conllevan un gran consumo energético, lo que limita su competitividad económica y, además, favorece la volatilización de los iones litios, deteriorando de manera inevitable sus propiedades. También, el proceso de co-sinterizado con los demás elementos activos de la celda (ánodo y cátodo) es bastante complicado por la aparición de fases secundarias y grandes resistencias interfaciales que merman la vida útil de las BES. Precisamente esta problemática es uno de los grandes retos a abordar para impulsar el desarrollo de estos dispositivos. INNOBEC propone un enfoque innovador para abordar este desafío mediante el empleo de las técnicas de sinterizado Flash (FS) a las BES. El FS consiste en aplicar simultáneamente un campo eléctrico y calor a una muestra cerámica, de tal forma que la densificación del material se consigue de manera casi instantánea y a temperaturas muchos menores que las empleadas en métodos convencionales. Con ello, no solo se reduce el gasto energético, sino que también se facilita el procesado de materiales cuya estabilidad térmica es limitada, como son los electrolitos sólidos. Además, las técnicas de FS son consideradas de “no equilibrio”, lo posibilita la obtención de materiales con propiedades mejoras, tales como superplasticidad en cerámicas o conductividades iónicas superiores, por la generación de una gran cantidad de defectos. Asimismo, las técnicas de FS son altamente versátil ya que también se ha demostrado que mediante la sinterización reactiva Flash (RFS) se puede inducir la reacción química y densificación de materiales cerámicos en un solo paso, lo que mejora aún más la eficiencia del proceso y aumenta las posibilidades brindadas por la técnica.
INNOBEC pretende usar las ventajas competitivas ofrecidas por las técnicas de FS y RFS de menores tiempos y temperaturas de procesado para obtener materiales con propiedades optimizadas para BES, específicamente electrolitos sólidos cerámicos, tipo óxidos y fosfatos, y composites cerámicos con conducción mixta iónica-electrónica para cátodos o ánodos. El objetivo final de INNOBEC es el co-sinterizado en un solo paso de estructuras multicapas tipo BES y la evaluación de su rendimiento electroquímico. INNOBEC es un proyecto novedoso, que fusiona la experiencia previa de la IP tanto en el ámbito de las BES como FS, donde se apuesta por una nueva metodología altamente eficiente que facilite la preparación y procesado de los electrolitos sólidos y, además, palíe los graves problemas derivados del co-sinterizado que frenan el desarrollo de las BES. 


Influencia del entorno óptico en nanomateriales con luminiscencia persistente: una nueva herramienta para el diseño de nanobaterías de luz


19-05-2023 / 19-11-2024



Investigador Principal: Gabriel S. Lozano Barbero
Organismo Financiador: Fundación BBVA



https://www.redleonardo.es/beneficiario/gabriel-s-lozano-barbero/

 

El desarrollo de las sociedades está ligado a su capacidad para generar luz artificial, desde las antorchas hasta los omnipresentes diodos emisores de luz (LED) actuales. Los materiales con luminiscencia persistente (PersL) son capaces de almacenar energía óptica en defectos estructurales y generar luz mucho después de que desaparezca la fuente de excitación, lo que los convierte en baterías de luz. Son, por ejemplo, los que se utilizan para las señales de emergencia, que se iluminan en la oscuridad; o los que se emplean para los adhesivos fluorescentes que se colocan en el paredes y techo a modo de decoración. Desde hace unos años estos materiales se pueden crear en la nanoescala, mucho más pequeños. A pesar de las ventajas asociadas a la reducción de tamaño, las propiedades de los nanomateriales persistentes distan mucho de las de sus homólogos másicos empleados en señalización u ornamentación. Esta propuesta persigue integrar nanomateriales con PersL en láminas delgadas transparentes y caracterizar de forma precisa la cinética de carga y la cantidad de luz emitida durante el afterglow en función del entorno óptico de los recubrimientos. Nunca se ha explorado la fotónica para controlar los mecanismos de carga y emisión que determinan la PersL, lo que puede tener un impacto en el desarrollo de conversores de color más versátiles, etiquetas inteligentes, elementos contra la falsificación o el almacenamiento óptico de datos.


Técnicas Flash para la obtención de óxidos de alta entropía con propiedades magnéticas (FOMAG)


01-02-2023 / 31-08-2025



Investigador Principal: Alejandro Fernando Manchón Gordón
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: ProyExcel_00360


El proyecto FOMAG se centra en la aplicación de novedosas técnicas de sinterizado rápido, como el Sinterizado Flash (FS), el Sinterizado Flash Reactivo (SFR) y el Sinterizado Flash Multifásico (MPFS), para la síntesis de óxidos de alta entropía (HEOs) con propiedades magnéticas de interés tecnológico. A pesar de que la técnica FS se propuso por primera vez en 2010, la SFR en 2018 y la MPFS en 2022, el interés por este proceso ha experimentado un notable crecimiento en diversas áreas científicas debido a su gran potencial científico y tecnológico.

Estas técnicas permiten la fabricación de materiales cerámicos a temperaturas y tiempos considerablemente inferiores a los requeridos por los métodos de sinterización convencionales, mediante la aplicación de una pequeña corriente eléctrica a través de la muestra. Además, las condiciones experimentales particulares de las técnicas Flash hacen posible la obtención de materiales cerámicos densos y nanoestructurados, lo cual resulta desafiante mediante métodos convencionales. De manera significativa, el sinterizado Flash no solo reduce de forma drástica el consumo energético necesario para el procesamiento de materiales cerámicos, sino que también amplía sus aplicaciones a nuevos materiales con fines tecnológicos. En este contexto, los HEOs son una clase emergente de materiales cerámicos que contienen cinco o más cationes en composiciones equimolares. La singularidad de estos sistemas, propuestos por primera vez en 2015, radica en su extrema complejidad química, combinada con su simplicidad cristalográfica, ya que los átomos se ordenan en una única estructura cristalina relativamente sencilla, superando las separaciones de fases típicas de sistemas altamente dopados. En términos de la estructura local, estos materiales constan de un número excepcionalmente alto de combinaciones diferentes de enlaces metal-oxígeno-metal, lo que afecta de manera inherente las interacciones magnéticas en función de factores como la geometría de coordinación, la valencia y el tipo de cationes metálicos circundantes. Esto da lugar a una diversidad de respuestas magnéticas muy interesantes.

FOMAG propone la aplicación de las técnicas FS, RFS y MPFS en la producción de HEOs con propiedades magnéticas, aprovechando las ventajas intrínsecas de estas técnicas, especialmente en la obtención de una alta densidad en sistemas donde esto resulta especialmente desafiante.


Análisis Fotofísico de parámetros que afectan a la eficiencia y la estabilidad de celdas solares de perovskita procesadas en seco: Procesos de activación y degradación


01-12-2022 / 30-11-2024



Investigador Principal: Hernán Míguez García / Juan Francisco Galisteo López
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: TED2021-129679B-C22

Equipo de Investigación: Mauricio Calvo Roggiani, Gabriel Lozano Barbero

La caracterización fotofísica avanzada ha demostrado ser una herramienta clave en el estudio de las propiedades optoelectrónicas de las perovskitas de metal-haluro. Durante la última década, las medidas de emisión y absorción resueltas en el tiempo han revelado la fotofísica única de este material y han contribuido a explicar tanto su excelente rendimiento en dispositivos fotovoltaicos y emisores de luz como sus principales limitaciones, como la inestabilidad del material. En consecuencia, esta caracterización se ha utilizado como una guía para la fabricación de materiales más allá de los enfoques basado en prueba y error, y han contribuido a convertir las perovskitas en la tecnología fotovoltaica de más rápido crecimiento en la actualidad. En este sentido, la caracterización óptica avanzada se empleará en el presente subproyecto (ESPER2) para llevar los dispositivos fotovoltaicos de evaporación térmica un paso más cerca del rendimiento óptimo en términos de eficiencia y estabilidad. Se realizará una combinación de caracterización óptica en estado estacionario y resuelta en tiempo en films y dispositivos de perovskita para comprender los factores que afectan a su rendimiento: la presencia de defectos en la red cristalina (y los medios para evitarlos a través de cambios en la composición y agentes pasivantes), la transferencia de carga desde la perovksita a las capas transportadoras adyacentes y la presencia de procesos fotoinducidos (como degradación y fotoactivación), así como la posibilidad de utilizar estos últimos como medio para mejorar las propiedades optoelectrónicas del material. Más allá de extraer información crítica sobre la recombinación y el transporte de carga, se llevará a cabo un diseño óptico para optimizar la recolección de luz dentro del dispositivo que emplee los materiales de mejor rendimiento. La caracterización propuesta ayudará a acercar una tecnología susceptible de ser utilizada para la producción en masa, como la deposición al vacío, a las demandas del mercado en términos de eficiencia y durabilidad.


Aplicaciones de Procesos Avanzados de desinfección de aguas con nanomateriales, para la reducción del impacto procedente de presiones urbanas, en el marco de la economía circular


01-12-2022 / 30-11-2024



Investigador Principal: Rosa Mosteo Abad (UNIZAR) / Mª Peña Ormad Melero (UNIZAR)
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: TED2021-129267B-I00

Equipo de Investigación: María Carmen Hidalgo López (ICMS), Francisca Romero Sarria (ICMS), MªPilar Goñi Cepero (UNIZAR) y Encarnación Rubio Aranda (UNIZAR)

El agua es uno de los recursos naturales que, por su carácter limitado y variable, tanto en cantidad como en calidad, debe ser protegido con especial intensidad, en consonancia con los Objetivos Medioambientales que apoyan la transición ecológica: el uso sostenible y la protección de los recursos hídricos y marinos, la economía circular, la prevención y control de la contaminación y la protección y recuperación de la biodiversidad y los ecosistemas. Estudios realizados en colaboración con la Confederación Hidrográfica del Ebro indican que las fuentes puntuales urbanas son las presiones que en la mayoría de los casos son la causa del incumplimiento de los objetivos de calidad ambiental establecidos por la DMA. Estos incumplimientos están relacionados principalmente con la contaminación microbiológica en las aguas receptoras de estos vertidos. Generalmente, al no existir una exigencia legal, las instalaciones de tratamiento de aguas residuales no incluyen procesos de desinfección que reduzcan la carga microbiológica de los efluentes y, en consecuencia, estos agentes se incorporan a las aguas naturales, limitando el uso que se hace de ellas, especialmente en el abastecimiento de poblaciones y en el uso recreativo (baño y otros). Asimismo, dicha contaminación en las aguas residuales limita la posibilidad de su posterior reutilización, reduciendo la capacidad de aumentar la disponibilidad de recursos hídricos. Es importante destacar que, la reutilización del agua para el riego agrícola también puede contribuir a la economía circular al recuperar los nutrientes del agua regenerada y aplicarlos a los cultivos y reduciendo la necesidad de uso suplementarias de fertilizantes minerales. Por lo tanto, es necesario intensificar la eficiencia del tratamiento de las aguas residuales mediante procesos no convencionales que mejoren la calidad del agua tratada con el objetivo final de permitir una reutilización segura de los efluentes (reglamento (UE) 2020/741). Por otro lado, el control de más parámetros microbiológicos es esencial para un correcto análisis de aplicación de las tecnologías. Consciente de esta necesidad, el grupo AySA lleva años desarrollando proyectos centrados en procesos convencionales y no convencionales, basados en procesos fotocatalíticos, aplicados a desinfección de aguas y control microbiológico en EDARs. El objetivo principal de este proyecto es seleccionar la mejor tecnología de desinfección de aguas residuales urbanas tratadas para su aplicación a gran escala mediante la mejora de los procesos de oxidación avanzada previamente estudiados en desinfección de este tipo de aguas. Además, el control microbiológico, no sólo de los indicadores bacterianos utilizados convencionalmente, sino también de los protozoos y de las bacterias endosimbióticas que se encuentran en el interior de las amebas, se considera muy relevante en este proyecto ya que, hasta donde sabemos, no existen estudios con una variedad tan amplia de microorganismos potencialmente patógenos. Se espera que este enfoque realista minimice el impacto en aguas receptoras y aumente la reutilización reduciendo el riesgo sanitario y ambiental.


Desarrollo de Nanogeneradores Piezoeléctricos Flexibles y de alta Eficiencia basados en Nanocompuestos Perovskita/PVDF (NANOGEN)


01-12-2022 / 30-11-2024



Investigador Principal: Rocio Moriche Tirado
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: TED2021-131458A-I00

Equipo de Investigación: Francisco José Gotor Martínez (ICMS), María Jesús Sayagués de Vega (ICMS), Rosalía Poyato Galán (ICMS), Ana Morales Rodríguez (US), Felipe Gutiérrez Mora (US), Ángela Gallardo López (US)

Desarrollo de plasmas intermitentes operados con electricidad renovable para la eliminación y revalorización de CO2


01-12-2022 / 30-11-2024



Investigador Principal: Ana María Gómez Ramírez / Manuel Oliva Ramírez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación "Transición Ecológica y Transición Digital"
Código: TED2021-130124A-I00

Equipo de Investigación: Rafael Álvarez Molina, José Cotrino Bautista, María del Carmen García Martínez (US), Alberto Palmero Acebedo, Agustín R. González-Elipe

La emisión de CO2 representa actualmente un 77% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero con origen antropogénico, propiciando un aumento paulatino del calentamiento global del planeta con las consecuentes y nefastas repercusiones medioambientales que ello supone. Por tanto, es indudable la necesidad de propiciar una transición hacia una economía donde el uso intensivo de combustibles fósiles no sea el eje prioritario, favoreciendo el desarrollo de procedimientos de transformación y aprovechamiento químicos respetuosos con el medio ambiente mediante el uso de fuentes energéticas alternativas. El proyecto “Desarrollo de plasmas intermitentes operados con electricidad renovable para la eliminación y revalorización de CO2”, RENOVACO2, pretende el desarrollo de tecnologías de plasma atmosférico que usan la electricidad como vector energético directo para llevar a cabo procesos químicos convencionalmente abordados mediante técnicas catalíticas, que involucran altas presiones y temperaturas y usan catalizadores térmicos con elementos contaminantes y de difícil reciclado. 


Hacia la transición digital en Química Solar (SolarChem5.0): Fotorreactores


01-12-2022 / 30-11-2024



Investigador Principal: Sixto Malato Rodríguez (PSA-CIEMAT) / Diego C. Alarcón Padilla (PSA-CIEMAT)
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación "Transición Ecológica y Transición Digital"
Código: TED2021-130173B-C43

Equipo de Investigación: Gerardo Colón Ibáñez, Alba Ruiz Aguirre (PSA-CIEMAT)

El reto de la energía solar. A lo largo de la historia, las mejoras más significativas de la humanidad han estado ligadas a la revolución industrial (RI). Hoy en día, estamos inmersos en la 4ª RI "La era digitalmente disruptiva" donde Europa se encuentra en una transición hacia la neutralidad climática y el liderazgo digital.1 La Industria 5.0 pretende posicionar la investigación y la innovación al servicio de la transición hacia una industria europea sostenible, centrada en el ser humano y resiliente.2 Las tecnologías químicas solares alterarán radicalmente los modelos actuales de producción industrial y de transformación y almacenamiento de energía. Sin embargo, la escala necesaria está a la vista pero aún no se ha alcanzado debido a la falta de tecnologías disponibles de alto rendimiento y bajo coste. SolarChem 5.0 pretende contribuir a la 5ª RI, sentando las bases de la sinergia entre la transición ecológica y digital en el marco de la Química Solar a través de:

"El desarrollo de una tecnología innovadora de Química Solar Digital, para convertir los recursos y contaminantes abundantes en la Tierra en combustibles y productos químicos, llenando el vacío existente entre las tecnologías sostenibles y escalables impulsadas por la energía solar"

Para alcanzar este ambicioso objetivo y teniendo en cuenta la complejidad y la duración del proyecto nuestra estrategia se basa en el diseño de un consorcio interdisciplinar formado por cuatro subproyectos (SP) que incluyen grupos de investigación punteros en disciplinas complementarias como: Química, Ciencia de Materiales, Biocatálisis, Fotoelectroquímica, Inteligencia Artificial (IA), Tecnologías Solares y Caracterización Avanzada. Cada SP incorpora un equipo multidisciplinar compuesto por más de un equipo de investigación de diferentes instituciones de investigación, universidades y/o instalaciones singulares.

Este subproyecto dedicado a fotorreactores (SP3) se concentrará en el diseño conceptual y desarrollo de un reactor solar fotoelectroquímico (PEC) para la selección de la configuración más adecuada para la reacción y el funcionamiento del colector solar. Las actividades de investigación de este SP3 se desarrollarán en el WP5 y serán gestionadas por investigadores de dos instituciones diferentes: PSA-CIEMAT (líder del SP3) e ICMSE-CSIC. La Plataforma Solar de Almería (PSA) es una Gran Instalación Científica Europea y una Infraestructura Científica y Técnica Singular de España (ICTS) con un amplio historial en el diseño, construcción e implementación de reactores solares para reacciones fotoquímicas, junto con instalaciones destacadas. El equipo de la PSA-CIEMAT cuenta también con una amplia experiencia en el uso de programas de trazado de rayos como TONATIUH y SOLTRACE para la caracterización optoenergética de sistemas de concentración solar. Asimismo, dispone de un conjunto de herramientas de simulación solar térmica de desarrollo propio validadas en las diferentes plantas piloto solares de baja y media temperatura disponibles en la PSA. Además, el equipo ICMSE-CSIC participará en el desarrollo de la célula PEC y en la integración de los electrodos.


Materiales termoquímicos para almacenamiento de energía mejorados mediante control microestructural


01-09-2022 / 30-11-2024



Investigador Principal: Luis Allan Pérez Maqueda / Pedro Enrique Sánchez Jiménez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: TED2021-131839B-C22

Equipo de Investigación: Joaquín Ramírez Rico, José Manuel Valverde Millán, Antonio Perejón Pazo

El objetivo principal del proyecto MOTHERESE es el desarrollo de un nuevo concepto de almacenamiento termoquímico de energía basado en el proceso de “Calcium-Looping”. La novedad del concepto radica en disminuir la escala del componente de almacenamiento y dotarlo de un carácter modular, fácilmente integrable en plantas de generación de energía de diversa naturaleza, almacenable y móvil. El subproyecto 2 se se centra en los aspectos relacionados con el desarrollo de materiales adecuados a estas nuevas condiciones de operación, así como a la optimización de las mismas a esta nueva escala.

Se pretende abordar el desarrollo de estos materiales haciendo hincapié en técnicas de preparación que favorezcan morfologías y microestructuras que optimicen (i) la cinética de las reacciones sólido-gas, con el objeto de reducir los tiempos de residencia, (ii) estabilidad multicíclica, minimizando la desactivación por sinterizado y bloqueo de poros, y (iii) superficie activa, maximizando la cantidad de reactivo disponible para conversión en cada ciclo. Esto se conseguirá utilizando las técnicas de freeze casting y freeze granulation, especialmente adecuadas para la fabricación de estructuras cerámicas con porosidad abierta y morfología dirigida. También se plantea el uso de aditivos que mejoren el rendimiento del material. Finalmente, se contempla la integración del material activo y aditivos de alta conductividad térmica en estructuras tridimensionales estables, que no solo mejoren la ciclabilidad y eficiencia del material activo sino también asegure transferencias de calor rápidas y eficientes, necesarias para el sistema modular. Finalmente, se van a explorar nuevas condiciones de operación compatibles con la nueva escala, desde presiones reducidas hasta altas presiones de hasta 5 bares, manteniendo siempre un ciclo cerrado que evite la necesidad de separación de gases.

MOTHERESE apuesta por la economía circular, por lo que apunta al uso, como fuente de los aditivos e incluso del propio material activo, CaO, de subproductos y residuos procedentes de otras industrias, favoreciendo el aprovechamiento de residuos. Entre los planteados, escoria de acería, carbonatos biogénicos (moluscos), materiales celulósicos y cascarilla de arroz (fuente de SiO2).

Para abordar estos objetivos, el subproyecto  cuenta con un equipo multidisciplinar de químicos, ingenieros, físicos y especialistas en materiales con experiencia en la gestión y participación en proyectos de investigación nacionales e internacionales, incluyendo proyectos relevantes centrados en almaceamiento termoquímico de energía. Además, el equipo tiene una red internacional de colaboradores tanto académicos como industriales que permitiría en la explotación de los resultados obtenidos y la propuesta de nuevos proyectos internacionales en esta misma línea.


Nanogeneradores triboeléctricos para la recolección de energía renovable de gotas de lluvia


01-12-2022 / 30-09-2025



Investigador Principal: Ana Isabel Borrás Martos / María del Carmen López Santos
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: TED2021-130916B-I00

Equipo de Investigación: Gildas Leger, José Cotrino, Ricardo Molina, Juan Ramón Sánchez, Victor Rico, Germán de la Fuente, Juan Pedro Espinós, Antonio José Ginés, Angel Barranco, Luis Alberto Angurel, Jorge Gil, Agustín R. González-Elipe

DropEner tiene como objetivo el desarrollo de paneles de lluvia, es decir, recolectores de energía proveniente de gotas que, basados en el principio del nanogenerador triboeléctrico (TENG), funcionan en condiciones exteriores y pueden fabricarse a través de tecnologías escalables y de alto rendimiento. El proyecto demostrará la aplicación de un concepto innovador patentado recientemente por el grupo Nanotecnología en Superficies y Plasma (CSIC-US), “Tixel”, sobre la recolección de energía cinética proveniente de gotas de líquido en contacto instantáneo con una superficie triboeléctrica integrada en una arquitectura de tipo condensador. Por lo tanto, el principal objetivo es desarrollar un panel de recolección de energía basado en el primer TENG de arquitecturas nano y microestructuradas capaces de generar alta densidad de potencia mediante la implementación de matrices de nanogeneradores triboeléctricos en la microescala, donde cada generador produzca cientos de microvatios de potencia cuando una gota de lluvia con alta velocidad y alta energía golpee su superficie. La potencia de salida total sería equivalente a la suma de la potencia producida por los generadores individuales y podría alcanzar potencialmente cientos de vatios por metro cuadrado cuando se fabrique una matriz de alta densidad bien diseñada. Además, en un paso más allá en el estado del arte para la explotación de captadores de energía de contacto entre sólido-líquido, DropEner persigue el desarrollo de Tixels duraderos y transparentes totalmente compatibles con celdas solares, incluidas las tecnologías de Silicio y de Tercera Generación (como celdas solares de colorantes y celdas solares de perovskita). Los avances esperados abarcan aspectos como el desarrollo de superficies con super-mojabilidad, la explotación de rutas de producción escalables y procesado de materiales, la fabricación de recolectores de energía de gotas transparentes, la prueba de concepto de diseños novedosos de nanogeneradores triboeléctricos y la gestión de energía en sistemas multifuente de recolección de energía intermitente. 


Revalorización de los subproductos de la piel de patata en lacas multifuncionales sostenibles para envases metálicos de alimentos


01-12-2022 / 30-11-2024



Investigador Principal: José Jesús Benítez Jiménez / José Alejandro Heredia Guerrero (IHSM)
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: TED2021-129656B-I00

Equipo de Investigación: Eva María Domínguez Carmona (IHSM), Mª de la Montaña Durán Barrantes (IHSM), Antonio Heredia Bayona (IHSM), Jorge Rencoret Pazo (IRNAS), José Carlos del Río Andrate (IRNAS), Diego Francisco Romero Hinojosa (IHSM)

El proyecto POP-UP tiene como objetivo proporcionar, en términos de bioeconomía circular, soluciones sostenibles, seguras y económicamente viables al uso masivo de resinas a base de petróleo de bisfenol A (BPA) en el envasado de alimentos a través de la fabricación de recubrimientos multifuncionales de alto rendimiento para sustratos metálicos de bajo costo a partir de subproductos agroalimentarios infrautilizados. En particular, las pieles resultantes del procesamiento industrial de patatas se utilizarán como un recurso bio-renovable de monómeros de suberina para fabricar lacas biodegradables de base biológica mediante tecnologías verdes y escalables (por ejemplo, pulverización de soluciones acuosas y policondensación en estado fundido no catalizada) para envases alimentarios sostenibles e inocuos. Este recubrimiento a base de suberina ofrecerá los mismos beneficios y propiedades con respecto a las resinas de BPA, pero estará diseñado para ser completamente atóxico y con propiedades antimicrobianas. Por lo tanto, los principales objetivos están relacionados con mejorar la seguridad alimentaria, contribuir a la transición ecológica de una economía lineal basada en los fósiles a una bioeconomía circular y aumentar la productividad agrícola mediante la revalorización de residuos vegetales.


Diseño y selección de materiales novedosos para fabricar pilas de combustible de óxido sólido reversibles de alto rendimiento (Layered rSSOCs)


01-12-2022 / 30-11-2024



Investigador Principal: Francisco José García García (US) / Juan Gabriel Lozano Suárez (US)
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: TED2021-132057B-I00

Equipo de Investigación: Francisco José Gotor Martínez (ICMS), María Jesús Sayagués de Vega (ICMS), Yadir Torres Hernández (US), Isabel Montealegre Meléndez (US), Cristina María Arévalo Mora (US), Ana María Beltrán Custodio (US), Eva María Pérez Soriano (US), Paloma Trueba Muñoz (US)

Desarrollo de materiales heteroestructurados basados en biocarbones con propiedades fotofuncionales para aplicaciones en procesos de descontaminación de aguas y desinfección


01-09-2022 / 31-08-2025



Investigador Principal: María Carmen Hidalgo López / Francisca Romero Sarria
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación "Generación de Conocimiento"
Código: PID2021-122413NB-I00

Equipo de Investigación: José Manuel Córdoba Gallego, Concepción Real Pérez, María Dolores Alcalá Gonzalez, José Antonio Navío Santos y Rosa Mosteo Abad (UNIZAR)

En el presente proyecto de investigación se propone el desarrollo de sistemas fotocatalíticos heteroestructurados (ZnWO4/ZnO, WO3/AgBr, WO3/TiO2, Bi2WO6/TiO2, ZnBi2O4/ZnO, BixTiyOz) acoplados o soportados sobre biocarbones (procedentes de la pirólisis de restos de poda de olivo, cascarilla de arroz y hueso de aceituna y que permiten una vía de revalorización de estos residuos), el estudio de las diferentes variables y métodos de síntesis, su optimización, y su comportamiento fotocatalítico evaluado en la desinfección de aguas y eliminación de contaminantes emergentes. En los últimos años se han estudiado nuevos fotocatalizadores basados en materiales heteroestructurados, donde se desarrollan heterouniones de semiconductores para conseguir una mejor separación espacial de electrones y huecos fotogenerados, obteniendo mayores tiempos de vida de estos portadores, aumentando así la eficiencia de los sistemas. Aunque estos materiales han mostrado buena actividad fotocatalítica en diferentes sustratos estudiados, generalmente presentan valores de superficie específica moderados o bajos, y algunos tienen problemas de estabilidad tras pocos ciclos de reacción.
El proyecto propone el acoplamiento o soporte de estos fotocatalizadores heteroestructurados con biocarbones de diferentes características, con el objetivo de dotarlos de mayor área superficial y aumentar su eficacia y estabilidad para sus aplicaciones como fotocatalizadores; mejorando la capacidad de absorción, estrechando el bad-gap donde el biocarbón puede actuar como fotosensibilizador, mejorando el transporte de electrones, permitiendo una mejor separación de los portadores fotogenerados prolongando su vida útil y proporcionando estabilización y fotoestabilización a los sistemas.
Los biocarbones son materiales ricos en carbono que se obtienen mediante la calcinación de la biomasa en ausencia de oxígeno (pirólisis) y presentan interesantes propiedades, como gran área superficial y alta porosidad, y pueden ser modulados, mediante el control de las condiciones de operación, para obtener la cantidad y el tipo de grupos funcionales deseados en la superficie, hidrofobicidad o hidrofilicidad o diferentes pH superficial.
Los objetivos del proyecto incluyen la caracterización físico-química completa y la optimización de los fotocatalizadores
heteroestructurados/biocarbón para las aplicaciones propuestas bajo diferentes condiciones de operación, como iluminación solar o visible. Se evaluará la eficacia de cada sistema en la eliminación de contaminantes emergentes (antibióticos) y en la inactivación de microorganismos potencialmente patógenos habitualmente presentes en aguas.
La presencia de microorganismos patógenos en las aguas es un tema de especial preocupación debido al riesgo potencial de transmisión de enfermedades y, en consecuencia, es necesario el control microbiano en las aguas. Asimismo, los productos farmacéuticos y de higiene son ampliamente usados hoy en día, llegando hasta las aguas. Sus potenciales efectos adversos sobre la salud humana han llevado a catalogarlos como contaminantes ambientales relevantes de la clase de contaminantes emergentes El proyecto se aborda desde un punto de vista interdisciplinar y en el contexto de la economía circular, revalorizando un residuo (biomasa) para desarrollar fotocatalizadores que den solución a un problema (descontaminación y desinfección de aguas) mediante procesos respetuosos con el medio ambiente (fotocatálisis heterogénea).


DiSeño de catalizadores Multifuncionales para la conversión de gAs de síntesis Rico en CO2 en combusTibles líquidos sostenibles, en una única etapa, vía síntesis de FTS y HCR: SMART-FTS


01-09-2022 / 31-08-2025



Investigador Principal: José Antonio Odriozola Gordón / Tomás Ramírez Reina
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2021-126876OB-I00

Equipo de Investigación: Luis Francisco Bobadilla Baladrón, Anna Dimitrova Penkova, Francisco Manuel Baena Moreno, José Rubén Blay Roger, Nuria García Moncada, Miriam González Castaño, Ligia Amelia Luque Álvarez

Siguiendo las indicaciones de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas (UNSDG), es obligatorio tomar acción al respecto buscando alternativas de energía limpia y asequible (objetivo 7) para favorecer ciudades y comunidades sostenibles (objetivo 11) mientras se mitiga el cambio climático. cambio (objetivo 13). De hecho, Horizon Europe da prioridad a las tecnologías bajas y cero emisiones de carbono como objetivos clave para la próxima generación de Europa. Sobre la base de estas premisas, la biomasa, y en particular los residuos de biomasa, representan un prometedor sustituto de los combustibles fósiles y una excelente materia prima para la fabricación de combustibles bajos en carbono. Durante su breve ciclo de vida, todo el carbono de la biomasa proviene de la atmósfera y el suelo y se libera al medio ambiente cuando se quema. Por lo tanto, la biomasa se considera un combustible neutro en carbono. Además, los combustibles derivados de biomasa son hidrocarburos de alta densidad energética que son ideales para vehículos de aviación, marítimos y pesados, a diferencia de las baterías y los dispositivos electroquímicos, que son adecuados para aplicaciones más ligeras y, por lo tanto, complementarios de los biocombustibles. En pocas palabras, no podemos hacer volar un avión con baterías durante largas distancias, pero podemos alimentarlo con biocombustibles sostenibles. Por lo tanto, los biocombustibles de biomasa están destinados a desempeñar un papel clave en la descarbonización del sector del transporte. Además, ofrecer una segunda vida a los biorresiduos es crucial para algunas comunidades (es decir, la agricultura y el sector agrícola) cuyos horizontes de mercado pueden expandirse convirtiendo un "residuo" problemático en "precursores de biocombustibles" rentables. En este sentido, SMART-FTS trae conceptos disruptivos sobre la producción de biocombustibles a partir de bio-syngas para impulsar la descarbonización del transporte en armonía con la estrategia de economía circular.


Fabricación de materiales porosos de base hierro con características refractarias para sistemas de purificación, uso y almacenaje de hidrógeno (FePoMat2)


01-09-2022 / 31-08-2026



Investigador Principal: Ranier Enrique Sepúlveda Ferrer (US) / Ernesto Chicardi Augusto (US)
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación "Generación de Conocimiento"
Código: PID2021-123010OB-I00

Equipo de Investigación: Dr. Antonio Gabriel Paúl Escolano (US), Dr. Jesús Hernández Saz (US), Dr. Krishnakumar Balu (US) ICMS: Dr. Francisco José Gotor Martínez

Reactores estructurados no convencionales para el craqueo catalítico de metano libre de CO2


01-09-2022 / 31-08-2025



Investigador Principal: Miguel Angel Centeno Gallego
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: EU240226_01

Equipo de Investigación: Maria Isabel Domínguez Leal, Leidy Marcela Martínez Tejada, Svetlana Ivanova

STORMING desarrollará reactores estructurados innovadores calentados con electricidad renovable, para convertir CH4 fósil en H2 libre de CO2 y en nanomateriales de carbono de alto valor para aplicaciones de baterías. Más específicamente, se desarrollarán catalizadores innovadores basados en Fe, altamente activos y fácilmente regenerables mediante procesos que no generen residuos, a través de un protocolo de diseño racional de catalizadores, que combina estudios teóricos (Teoría del Funcional de la Densidad y Cálculos de Dinámica Molecular) y experimentales (cluster), todos de ellos asistidos por caracterización in situ y operando y herramientas de Machine Learning. La electrificación (con calentamiento por microondas o por efecto joule) de reactores estructurados, diseñados por fluidodinámica computacional y preparados mediante impresión 3D, permitirá un control térmico preciso que dará como resultado una alta eficiencia energética. El proyecto validará, en un nivel 5 de TRL, la tecnología catalítica más prometedora (elegida con criterios tecnológicos, económicos y ambientales) para producir H2 con eficiencia energética (> 60 %), cero emisiones netas y con un coste hasta un 10 % menor al del proceso convencional. La difusión y comunicación de los resultados impulsará la aceptación social de las tecnologías relacionadas con el H2 y la participación de las partes interesadas en la explotación y el despliegue de procesos a corto plazo. La clave para alcanzar los desafiantes objetivos de STORMING es el muy alto grado de complementariedad e interdisciplinaridad de los grupos que forman el consorcio, donde las ciencias básicas y aplicadas se fusionan con la ingeniería, la informática y las ciencias sociales. El Grupo del ICMS implicado llevará a cabo el desarrollo del catalizador desde la preparación de los catalizadores en polvo hasta su washcoating sobre soportes estructurados. CSIC participa como miembro del consorcio, participando la Universidad de Sevilla como entidad asociada.

https://cordis.europa.eu/project/id/101069690

Storming - Unión Europea

Storming - ICMS


Biosondas basadas en lantánidos para la obtención de bioimagen mediante resonancia magnética y luminiscencia persistente


01-09-2022 / 31-08-2025



Investigador Principal: Ana Isabel Becerro Nieto / Manuel Ocaña Jurado
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación "Generación de Conocimiento"
Código: PID2021-122328OB-100

Equipo de Investigación: Nuria O. Núñez Álvarez

El objetivo general de este proyecto es el desarrollo de nuevos agentes de contraste (CAs) para mejorar el diagnóstico médico mediante el uso de dos técnicas avanzadas de imagen como la resonancia magnética (MRI) y la imagen luminiscente. Específicamente, se planea desarrollar CAs de MRI duales (T1-T2) y sondas con luminiscencia persistente (PersL). La obtención de dos imágenes de resonancia (denominadas imagen promediada en T1 y en T2) es muy útil pues ayuda a eliminar falsos positivos mediante la validación cruzada de ambas. La ventaja de los agentes de contraste de MRI duales frente a los simples es que un único agente permite obtener los dos tipos de imágenes, evitando así la exposición del paciente a dos agentes externos. Por su parte, el empleo de sondas con PersL para la obtención de imagen luminiscente permite mejorar notablemente la relación señal ruido de la imagen puesto que, al irradiar la sonda fuera del organismo, se evita la autofluorescencia de los tejidos biológicos. Además, la eliminación de la irradiación directa (normalmente luz ultravioleta) evita daños a dichos tejidos. Ambos tipos de CAs (MRI y PersL) consistirán en nanopartículas (NPs) uniformes de diversas matrices inorgánicas cuidadosamente seleccionadas basadas en cationes lantánidos, cuyas propiedades magnéticas y luminiscentes los hacen ideales para las aplicaciones perseguidas. En cuanto a los CAs de MRI, se abordarán dos tipos de arquitecturas consistentes en NPs de fase única, donde los lantánidos activos en T2 (Dy3+) y en T1 (Gd3+ o Mn2+) se encuentran en disolución sólida, y NPs con arquitectura core-shell, donde los iones T2 se localizan en el núcleo y los T1, en la corteza. En ambos casos, se ensayarán matrices de fosfato, vanadato y molibdato, que han mostrado ser adecuadas en el caso de CAs de MRI simples. Por su parte, en el caso de las sondas para imagen luminiscente se planea sintetizar, en forma de NPs uniformes, diversos compuestos que han mostrado excelente luminiscencia persistente pero que hasta el momento solo se han fabricado en forma másica, no adecuada para aplicaciones biomédicas. Concretamente se abordarán diversas matrices de germanato y galato dopadas con iones lantánidos (Pr3+, Yb3+) que emiten luz infrarroja dentro de las ventanas biológicas, donde la radiación no es absorbida por los tejidos biológicos, aumentando así su capacidad de penetración y facilitando por tanto la obtención de la bioimagen. Ambos tipos de NPs (CAs duales T1-T2 y NPs con PersL) serán sometidas a procesos de funcionalización y bioconjugación para para dotarlas de estabilidad coloidal y de capacidad de reconocimiento de tumores específicos. Se analizará asimismo su biocompatibilidad mediante el análisis de la citotoxicidad y, finalmente, los CAs óptimos se aplicarán en la obtención de imagen de resonancia magnética e imagen luminiscente, in vitro e in vivo, utilizando ratones como modelo. El equipo investigador posee sobrada experiencia en la síntesis de NPs inorgánicas basadas en elementos lantánidos y dispone de la mayoría de los medios necesarios para su caracterización morfológica, estructural y química, así como para el estudio de sus propiedades luminiscentes. Además, dicho equipo cuenta con el apoyo de investigadores de otras instituciones que colaborarán en el desarrollo de algunas tareas del proyecto relacionadas con los estudios de bioconjugación, biocompatibilidad y registro de imagen, lo que garantiza el correcto desarrollo del mismo.


Peliculas delgadas nanoestructuradas crecidas por pulverización catódica con plasmas de helio y otros gases ligeros


01-09-2022 / 31-08-2026



Investigador Principal: Asunción Fernández Camacho
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2021-124439NB-I00

Equipo de Investigación: María del Carmen Jiménez de Haro

La pulverización catódica (magnetron sputtering-MS) es una metodología de deposición física desde fase vapor (PVD) muy usada para la fabricación de películas delgadas y recubrimientos. En la técnica MS se emplean comúnmente mezclas de Ar ó Ar/N2-O2 (MS reactivo) como gas de proceso que se ionizará en una descarga para crear el plasma adecuado y pulverizar el material del blanco. El grupo NanoMatMicro ha sido pionero en la introducción de plasmas de helio en la tecnología de pulverización catódica. Aunque la tasa de deposición puede bajar, demostramos la formación en condiciones controladas de nanoporosidad y/o gas atrapado (nanoburbujas de He y N2) en las películas producidas. En particular las láminas sólidas que contienen nanoporos llenos de gas tienen características únicas: permiten atrapar una gran cantidad de gas en un estado condensado con alta estabilidad y proporcionan una ruta para modificar las propiedades del material preparado. La técnica MS es fácil de escalar y mucho más barata que las tecnologías alternativas basadas en la implantación de iones de alta energía. Sobre esta base, proponemos seguir desarrollando una metodología bottom-up innovadora y versátil para fabricar películas delgadas (Si, C, otros metaloides y metales) que promueva la porosidad abierta o, por el contrario, permita estabilizar las "nanoburbujas" atrapadas del gas de proceso (He , Ne, N2, H2 y sus isótopos).

La metodología se investigará principalmente para fabricar blancos sólidos y estándares del gas atrapado para estudios de reacciones nucleares. Nuestro trabajo permitirá que los gases ligeros y sus isótopos estén disponibles en un estado condensado y en un formato fácil de manejar sin necesidad de celdas de alta presión o dispositivos criogénicos. Junto con una red de investigadores colaboradores de las áreas de Física Nuclear y Astrofísica, nuestro objetivo es llevar esta aplicación desde la prueba de concepto hasta los experimentos finales en grandes instalaciones. También cabe mencionar que el control del proceso desde estructuras con gas atrapado a nanoporosas permitirá estudiar aplicaciones adicionales en el proyecto como dispositivos ópticos, emisores de luz UV o recubrimientos catalíticos. El proyecto incluye el diseño y control de proceso en nuestras cámaras de MS para trabajar con los diferentes gases ligeros aquí propuestos. Se seguirán implementando metodologías de bajo consumo para isótopos escasos (por ejemplo, 3He). El objetivo final es implementar una configuración mejorada de MS y desarrollar la metodología bottom-up propuesta en términos de combinaciones de matriz y gas, mezclas de gases, variedad de soportes y diseños autosoportados o multicapa que permitan las aplicaciones innovadoras.

Una tarea importante es también determinar el mecanismo de crecimiento de las láminas. La caracterización del plasma durante el proceso de deposición y el uso de la herramienta de simulación SRIM pueden contribuir en gran medida a una mejor comprensión y control de los procesos de crecimiento. Para comprender la microestructura, composición y propiedades físico-químicas de los nuevos materiales, se llevará a cabo una caracterización química y microestructural en la nanoescala con una variedad de técnicas. Destacan las microscopías electrónicas (TEM y SEM) que incluyen la espectroscopia de pérdida de energía de electrones y las técnicas de análisis por haz de iones para la determinación de la composición elemental en profundidad.


Biomasa para la desalación por desionización capacitiva y almacenamiento de energía


01-01-2022 / 31-12-2022



Investigador Principal: Joaquín Ramírez Rico
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: US-1380856

Equipo de Investigación: Alfonso Bravo León, Manuel Jiménez Melendo, Julián Martínez Fernández

La presión sobre nuestros recursos hídricos, el calentamiento global y la escasez de combustibles fósiles son tres de los principales desafíos que, como sociedad, tendremos que abordar en la próxima década. Las soluciones a estos desafíos se basan en el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan el uso eficiente y la reutilización de los recursos hídricos, así como en nuevos sistemas de almacenamiento de alta potencia y alta densidad de energía que se combinen con fuentes renovables. Estos dos temas aparentemente dispares dependen de una tecnología: electrodos y adsorbentes de carbono. Tanto los sistemas de desalinización y purificación como los supercondensadores y las baterías usan materiales basados en carbono con propiedades controladas mediante procesos físico-químicos. Una de las rutas más interesantes para la síntesis de estos materiales es la pirólisis de biomasa, un precursor barato y ampliamente disponible. La desionización capacitiva (CDI) es una tecnología emergente para aplicaciones en desalación que utiliza una pequeña diferencia de potencial eléctrico entre dos electrodos de carbono para eliminar iones de una solución mediante electrosorción. El pequeño potencial necesario para el proceso permite alimentar un dispositivo de CDI mediante paneles solares, lo que hace que esta tecnología sea útil en sistemas portátiles o fácilmente desplegables. Los supercondensadores y las baterías también se basan en mecanismos de adsorción y/o intercalación para almacenar carga eléctrica, en un proceso que es esencialmente el mismo, pero adaptado en este caso a maximizar la densidad de energía almacenada. Ambas tecnologías se basan en el uso de electrodos de carbono, con propiedades y estructura adaptadas a cada una de las aplicaciones.
El objetivo principal de esta propuesta es explorar el uso de residuos de biomasa como precursores de materiales de carbono con propiedades controladas para aplicaciones electroquímicas relacionadas la energía y el medio ambiente, con un enfoque en dos aplicaciones principales: almacenamiento de energía en sistemas de supercondensadores y baterías, y desalación por CDI. La ruta de preparación de será la pirólisis de precursores de biomasa, centrándonos en productos de desecho de explotaciones agrícolas. Para la obtención de electrodos monolíticos usaremos madera y tableros prensados de fibra. Desarrollaremos métodos físicos y químicos con el fin de controlar sus propiedades para mejorar su capacitancia o selectividad de iones.
Construiremos un dispositivo de CDI a escala laboratorio para determinar el comportamiento de desalinización y correlacionarlo con información microscópica obtenida por técnicas avanzadas como microscopía electrónica, experimentos de difracción de dispersión total, isotermas de adsorción de nitrógeno y otros. Estudiaremos las propiedades electroquímicas de estos materiales y las correlacionaremos con la estructura y las condiciones de procesado. Nuestro objetivo será optimizar los electrodos de carbono derivados de la biomasa para aplicaciones específicas y desarrollar materiales de carbono derivados de la biomasa ‘a la carta’.


Nueva generación de nanorecubrimientos dieléctricos conformales para dispositivos electrónicos emergentes por tecnología de plasma (PlasmaDielec)


01-01-2022 / 31-05-2023



Investigador Principal: Francisco Javier Aparicio Rebollo
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: US-1381057

Equipo de Investigación: Ana Isabel Borras Martos, Ramon Escobar Galindo, Lidia Contreras Bernal

Los avances recientes en nanomateriales y técnicas de procesado están conduciendo al desarrollo de nanodispositivos de elevada miniaturización y nuevas funcionalidades en el campo de los dispositivos electrónicos flexibles. El proyecto aborda el desarrollo de nueva generación de materiales dieléctricos en forma de láminas delgadas de espesor nanométrico mediante tecnología de plasma teniendo como meta final la fabricación de transistores orgánicos flexibles de elevadas prestaciones. La metodología de deposición por plasma propuesta es una técnica pionera desarrollada en nuestro laboratorio que permite regular de manera controlada las propiedades dieléctricas y la interacción con líquidos de estos recubrimientos, así como su deposición conformal sobre nanoestructuras de elevada relación de aspecto como son nanohilos y nanotubos de uso en electrónica molecular. La técnica de plasma propuesta es completamente compatible con los procesos actualmente empleados a nivel industrial en la fabricación de microdispositivos y nanocomponentes electrónicos. Estas ventajas y los resultados previos de la técnica de plasma propuesta en el desarrollo de materiales fotónicos y sensores avalan la viabilidad del proyecto. Como resultados PlasmaDielec se establecerá las bases para el desarrollo de nuevos procedimientos y una nueva generación de materiales dieléctricos de para el futuro desarrollo de la electrónica flexible.


Diseño de Catalizadores Avanzados para procesos de HDO: un apuesta revolucionaria para la conversión de biomasa: CLEVER-BIO


05-10-2021 / 31-12-2022



Investigador Principal: Tomás Ramírez Reina
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P20_00667

Equipo de Investigación: Luis Francisco Bobadilla Baladrón, José Antonio Odriozola Gordón, Laura Pastor Pérez, Anna Dimitrova Penkova

CLEVER-BIO propone un concepto revolucionario para la producción de biocombustibles limitando la emisión de gases de efecto invernadero sembrando las bases de una tecnología verde: conversión de residuos a combustibles y productos de alto valor. La idea central de CLEVER-BIO es el Desarrollo de catalizadores avanzados para llevar a cabo la reacción de HDO de bio-aceites derivados de lignina. El proyecto se llevara a cabo en 24 meses y comprende un programa intenso de investigación multidisciplinar con fuerte participación de instituciones internacionales.


Materiales Biomórficos para almacenamiento de energía


05-10-2021 / 31-03-2023



Investigador Principal: Joaquín Ramírez Rico
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P20_011860 - PAIDI 2020

Equipo de Investigación: María Dolores Alba Carranza, Alfonso Bravo León, Manuel Jiménez Melendo, Esperanza Pavón González

El objetivo principal de esta propuesta es desarrollar materiales de carbono a medida para aplicaciones relacionadas con tecnologías energéticas y medioambientales, con un enfoque en tres aplicaciones principales: almacenamiento de energía, soportes de catalizador en pilas de combustible y electrolizadores y el almacenamiento y captura de gas, especialmente hidrógeno y dióxido de carbono. Proponemos producir estos materiales mediante pirólisis de desecho de biomasa y otros residuos orgánicos. El uso de biomasa como precursor en la síntesis de materiales tiene interés dada su abundancia y bajo costo, y presenta una oportunidad para convertir los residuos de la industria agroalimentaria local en un producto de alto valor añadido.

BioMatStor desarrolla I + D en diferentes niveles de aplicación: fundamental para la caracterización y fabricación de la ciencia de los materiales, y ciencia aplicada para el modelado y caracterización de sistemas de almacenamiento de energía. Este proyecto combina ciencia de materiales e ingeniería energética con el objetivo de obtener materiales de alto rendimiento para una amplia gama de aplicaciones en la producción y almacenamiento de energía. Proponemos un enfoque multidisciplinar que tiene su base en la excelencia científica, responde a los desafíos sociales y puede resultar en una transferencia de tecnología significativa a la industria. Este proyecto también aborda los objetivos socio-estratégicos de Horizonte 2020, ya que tiene como objetivo contribuir a la mejora de nuestro entorno a través de la ciencia avanzada y la investigación multidisciplinar, y está totalmente alineado con los objetivos y políticas de la Unión Europea, Horizon2020, SET Plan y los objetivos RIS3 de la región de Andalucía.


Nuevos scaffolds piezoeléctricos de compuestos nanoestructurados para la regeneración ósea mediante fabricación aditiva (PIZAM)


01-09-2021 / 31-08-2024



Investigador Principal: Mario Monzón / Rubén Paz
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2020-117648RB-I00. Plan Estatal 2017-2020 Retos Proyectos I+D+i

Equipo de Investigación: Óscar Martel, Alberto Cuadrado, María Jesús Sayagués, Rocío Moriche, Ricardo Donate, M. Elena Alemán, Pablo Bordón, Paula Fiorucci, Francisco J. Rodríguez, Joaquín M. Antunes, Chaozong Liu

A pesar del drástico cambio que la ingeniería de tejidos o las terapias con células madre han introducido en las estrategias terapéuticas actuales, todavía existe una falta de funcionalidades en los biomateriales disponibles para el desarrollo de scaffolds para diversas patologías (grandes defectos osteocondrales, osteoporosis, etc.) que afectan a una gran parte de la población. PIZAM aborda este reto aportando scaffolds piezoeléctricos innovadores mediante Fabricación Aditiva (FA) basada en extrusión de material para mejorar la regeneración ósea. Los scaffolds con piezoelectricidad apropiada son capaces de influir positivamente en el proceso de proliferación y diferenciación de células mesenquimales para la regeneración de hueso, ya que existe evidencia científica de la relevancia que tienen las cargas eléctricas superficiales en el proceso de mecanotransducción por el cual las cargas mecánicas influyen sobre la respuesta biomolecular en el tejido óseo (material piezoeléctrico).

Para ello, PIZAM desarrollará materiales innovadores basados en compuestos nanoestructurados conteniendo Ba(Ti,Zr)O3-(Ba,Ca)TiO3 (nanopartículas de óxido cerámico sin plomo con estructura de perovskita). Estos materiales piezoeléctricos se suelen sintetizar mediante una reacción de estado sólido a alta temperatura o métodos basados en disoluciones, que son complejos, costosos y poco respetuosos con el medio ambiente. En PIZAM, la cerámica piezoeléctrica nanoestructurada se obtendrá por mecanosíntesis, una alternativa ecológica con menores costos de producción, desechos y consumo de energía. Las nanopartículas producidas se dispersarán en dos matrices poliméricas: PVDF (biocompatible y con elevada piezoelectricidad) y PLA (biocompatible, biorreabsorbible, baja toxicidad, alto rendimiento mecánico y con cristalinidad/piezoelectricidad ajustable).

Los materiales desarrollados serán procesados para obtener pellets/polvos que se utilizarán como materia prima para la producción de filamentos por extrusión. Estos filamentos se someterán a pruebas de procesabilidad en un equipo de FA de extrusión de material para optimizar los parámetros del proceso mediante algoritmos genéticos e interpolación Kriging. Durante las etapas de fabricación, se llevarán a cabo diferentes caracterizaciones para analizar el efecto de estos procesos en las propiedades fisicoquímicas/piezoeléctricas.

A continuación, se llevará a cabo un proceso de optimización del diseño de los scaffolds para la regeneración del tejido óseo mediante análisis por elementos finitos y algoritmos genéticos. Las estructuras óptimas se producirán por FA y se caracterizarán (propiedades mecánicas y piezoeléctricas). En el caso de scaffolds basados en PLA, se evaluará la evolución de estas propiedades a lo largo del tiempo de degradación. Aprovechando el efecto piezoeléctrico, se realizará una evaluación de las capacidades de los scaffolds para la monitorización en tiempo real.

Por último, el rendimiento biológico de los scaffolds se confirmará mediante un modelo in vitro con células mesenquimales y diferentes estímulos mecánicos para activar el efecto piezoeléctrico: una evaluación inicial sin estimulación (control); estimulación por ultrasonidos; y estimulación en un biorreactor de perfusión. Se analizará la proliferación, viabilidad y diferenciación de las células madre para comprender la relación en el proceso de mecanotransducción y su efecto en la respuesta biológica de los scaffolds.


Diseño de fotocatalizadores altamente eficientes mediante control de la nanoescala para la producción de H2 NanoLight2H2


05-10-2021 / 30-06-2023



Investigador Principal: Gerardo Colón Ibañez
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P20-00156 - PAIDI 2020

Equipo de Investigación: Alfonso Caballero Martínez, Rosa Pereñiguez Rodríguez, Juan Pedro Holgado Vázquez

El objetivo principal de este proyecto es el desarrollo de catalizadores heteroestructurados basados en óxidos semiconductores altamente eficientes (Nb2O5, WO3, TiO2 y Fe2O3) y g-C3N4, con control a nivel de la nanoescala, y potencial aplicación en la reacción de fotoreformado de alcoholes para la producción de H2.  Así mismo, se pretende estudiar la optimización del proceso catalítico mediante una aproximación multi-catalítica, mediante la combinación de termocatálisis y fotocatálisis. La producción fotocatalítica de H2 una reacción de gran interés desde el punto de vista energético mediante el uso de una tecnología limpia y sostenible como la fotocatálisis. En este proyecto se pretende el desarrollo de sistemas altamente eficientes para la producción de hidrógeno. Se prestará especial atención al diseño de heteroestructuras que permitan la optimización del proceso fotoinducido. De igual modo se incidirá en el uso de co-catalizadores alternativos a los tradicionales metales nobles; sistemas basados en metales de transición (Cu, Co, Ni), así como estructuras bimetálicas con metales nobles formado aleaciones o core-shell. Junto al proceso fotocatalítico en fase líquida, se estudiará la viabilidad de un proceso de fotoreformado en fase gas, basándonos en recientes estudios que ponen de manifiesto el efecto sinérgico de una aproximación foto-termo catalítica en estos procesos. De esta forma esta propuesta pretende abordar de forma ambiciosa el aumento de la eficiencia del proceso fotocatalítico a fin de poder plantear esta tecnología a mayor escala. En este sentido, además de los estudios de optimización de los catalizadores y del proceso fotocatalítico, se afrontará como algo primordial su escalado a planta solar piloto. 


Integración de Energía y Gasificación para procesos sostenibles (GENIUS)


05-10-2021 / 31-12-2022



Investigador Principal: José Antonio Odriozola Gordón
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P20_00594

Equipo de Investigación: Luis Francisco Bobadilla Baladrón, Laura Pastor Pérez, Anna Dimitrova Penkova, Tomás Ramírez Reina

GENIUS representa una propuesta innovadora para la conversion de bio-residuos en vectores energeticos sostenibles. El proyecto propone la combinacion de tecnologias maduras como la gasificacion y reformado acuaso para aportar soluciones cataliticas al proceso de conversion de bioresiduos. GENIUS desarrollara reactores de micronales que permiten el diseño de plantas compactas para el procesado de residuos lo que facilita su implementacion en aplicaciones deslocalizadas como por ejemplo explotaciones agricolas donde los residuos pueden convertirse en productos de valor añadido


Nanoscopías y Espectroscopías integradas para el análisis en la nano-escala de nuevos materiales funcionales


05-10-2021 / 30-06-2023



Investigador Principal: Asunción Fernández Camacho
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P20_00239 - PAIDI 2020

Equipo de Investigación: M. Carmen Jiménez de Haro

El desarrollo de los nanomateriales y materiales funcionales, así como sus aplicaciones nanotecnológicas, vienen determinados por las capacidades actuales para la caracterización de la microestructura, la composición y las propiedades de los materiales en la nano-escala. El proyecto propone potenciar una investigación de frontera en la caracterización microestructural de materiales. Se integrarán las técnicas nanoscópicas y espectroscópicas, ligadas a la microscopía electrónica (sonda de electrones), con las técnicas asociadas a las sondas de fotones (rayos-X) y de haces de iones (técnicas IBA en general). La caracterización se asociará a materiales funcionales seleccionados de alto interés actual en la temática de recubrimientos y láminas delgadas en las que el equipo de trabajo es experto.

Será objetivo central el desarrollo y aplicación de manera integrada de las técnicas disponibles con múltiples sondas, tanto en el ICMS, como en otros centros de las Universidades de Sevilla (CITIUS, CNA) y Cádiz (servicios centrales). Igualmente a través de colaboraciones y solicitudes de medidas se tendrá acceso a otras instalaciones internacionales.

En el proyecto se dispondrá de materiales seleccionados en dos tecnologías emergentes: i) Láminas delgadas y recubrimientos nanoporosos que estabilizan gases a ultra-alta densidad y presión. ii) Catalizadores para los procesos de almacenamiento y generación de hidrógeno en líquidos orgánicos portadores de hidrógeno (LOHCs). La caracterización avanzada que se propone contribuirá a la comprensión fundamental de las relaciones síntesis-microestructura-propiedades con el objetivo de alcanzar un diseño racional de nuevos materiales funcionales en las líneas seleccionadas. El proyecto incide directamente en las tecnologías facilitadoras o emergentes como son “la nanotecnología” y “los materiales avanzados”. Incide también en los retos sociales y objetivos RIS3 de Andalucía en relación al almacenamiento de energías renovables.


Nuevos agentes de contraste multimodales para el diagnóstico médico por imagen


05-10-2021 / 30-06-2023



Investigador Principal: Ana Isabel Becerro Nieto
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P20_00182 - PAIDI 2020

Equipo de Investigación: Manuel Ocaña Jurado, Nuria O. Nuñez Alvarez, María Luisa García Martín

El proyecto persigue el diseño de agentes de contraste (CAs) multimodales para el registro de imágenes para diagnóstico médico. Estos CAs estarán constituidos por nanopartículas inorgánicas basadas en lantánidos con propiedades adecuadas para el registro de imágenes mediante técnicas complementarias, con objeto de obtener información esencial para un diagnóstico médico más riguroso sin necesidad de inyectar al paciente CAs específicos para cada técnica. Una ventaja adicional de las sondas propuestas respecto a los CAs comerciales es que permiten controlar el tiempo de residencia en el organismo y su biodistribución y, por tanto, disminuir las dosis necesarias, resultando en un claro beneficio para el paciente. En concreto, se desarrollarán agentes de contraste para resonancia magnética (MRI) dual con funcionalidad adicional como agentes de contraste para para tomografía computarizada de rayos X (CT) e imagen luminiscente en la región del infrarrojo cercano (NIR) conocida como ventana biológica (650-1800 nm), en la que las radiaciones no son dañinas para los tejidos y tienen alto poder de penetración en los mismos. Se ensayarán varias composiciones: fosfatos, vanadatos, molibdatos y volframatos de elementos lantánidos tales como el Gd, Dy y Ho, que aportarán la funcionalidad magnética y cuyo alto número atómico es óptimo para CT. El dopado de todas ellas con Nd3+ permitirá la obtención de imágenes luminiscentes en el NIR. La exploración de la aplicabilidad de dichas sondas al campo del diagnóstico médico por imagen se llevará a cabo mediante la obtención de imagen “in vivo” en ratones.


Demostración en entorno relevante del uso de reacciones de calcinación-solar/carbonatación para almacenamiento de energía térmica


01-12-2021 / 30-11-2023



Investigador Principal: Luis A. Pérez Maqueda / Pedro Enrique Sánchez Jiménez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PDC2021-121552-C21 - Proyectos I+D+i "Prueba de Concepto"


España es uno de los países europeos con mayor irradiación solar media y lider mundial en implantación de Energía Solar Concentrada (CSP). Una ventaja de la tecnología CSP es su capacidad de almacenar energía térmica y usarla cuando no hay irradiación. La plantas CSP de última generación incluyen sistemas de almacenamiento en sales fundidas (calor sensible) que pesentan limitaciones: temperatura máxima limitada por degradación térmica, almacenaje a alta temperatura para evitar solidificación, corrosión y coste. En nuestro proyecto CTQ2017 se investigó el almacenamiento termoquímico mediante reacciones de calcinación/carbonatación, proceso calcium-lopping (CaL), usando caliza natural, que es abundante, barata, no corrosiva y permite operar a alta temperatura aumentando la eficiencia de conversión termoeléctrica. Su densidad energética (~1 MWhr/m3) es superior al de las sales (0.25-0.40 MWhr/m3). Un problema del CaL para almacenamiento termoquímico es la desactivación del CaO con el número de ciclos. En nuestro proyecto CTQ2017 se propusieron diversas estrategias de mejora con las que se consiguieron rendimientos muy altos incluso después de muchos ciclos: (i) cambio de condiciones de calcinación-carbonatación (reducción de la temperatura de calcinación e incrementar la de carbonatación para mejorar el rendimiento tanto del proceso como de la planta) y (ii) propuesta de otros carbonatos diferentes de la caliza, uso de aditivos, uso de residuos (escorias) y materiales sintéticos de bajo coste. Estos resultados de laboratorio son de extraordinario interés para su aplicación a plantas de CSP, pero para su transferencia se requiere de validación en entorno relevante. En este proyecto se propone escalar los resultados de laboratorio mediante ensayos en planta piloto, el desarrollo y ensayo de un nuevo calcinador solar, así como la evaluación de la viabilidad técnico-económica de la tecnología a escala industrial. En este proyecto se desarrollará una prueba de concepto de un novedoso reactor/intercambiador de calor de tipo ciclón basado en energía solar. La radiación solar concentrada alcanzará el calcinador solar tipo ciclón mediante un sistema beam-down (concentrador solar secundario) desde el campo solar, formado por 14 heliostatos con una superficie total de 30 m2 de la planta piloto construida en el marco del proyecto H2020 SOCRATCES, en el que han participado la mayor parte de los miembros del equipo de investigación del proyecto coordinado. El estudio y desarrollo de esta prueba de concepto permitirá establecer la viabilidad del diseño y demostrar su interés a empresas del sector energético y del cemento de cara a una futura integración de energía solar, en busca de una reducción de costes y emisiones de CO2. Se parte de estudios a nivel de concepto desarrollados en el proyecto CTQ2017 con nivel de madurez tecnológica TRL 4, y se estima que se avanzará hasta niveles TRL 5-6. Se realizará un análisis de la viabilidad económica de la implantación de los nuevos conceptos propuestos en el marco del proyecto CTQ2017 y se elaborará un plan de transferencia. Este plan recogerá las acciones a llevar a cabo para favorecer una transferencia efectiva al sector industrial. Además, dado el potencial de patentabilidad de la tecnología objeto del proyecto, una vez probada en escala relevante (prueba de concepto), se desarrollará un plan de explotación y protección de derechos intelectuales.


Dispositivo optofluidico NIR para análisis de líquidos


01-12-2021 / 30-11-2023



Investigador Principal: Francisco Yubero Valencia
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PDC2021-121379-I00 - Proyectos I+D+i "Prueba de Concepto"

Equipo de Investigación: Juan Pedro Espinós Manzorro, Ramón González García, Victor J. Rico Gavira, Agustín R. González-Elipe

NIRFLOW es un proyecto I+D+i para la realización de una Prueba de Concepto en el que se plantea desarrollar un prototipo precomercial para análisis óptico en el infrarojo cercano de fluidos en condiciones de flujo en entornos industriales relevantes. El proyecto se basa en varias innovaciones no contempladas en equipos comerciales basados en análisis NIR hoy en el mercado. De un lado, sustituir la óptica de análisis NIR convencional operada por espectrómetros NIR basados en redes de difracción o óptica de Fourier por una selección de la longitud de onda de análisis basada en combinaciones de filtros ópticos de paso alto y paso bajo variables de forma continua con respuesta sintonizada (centro y anchura de banda) a voluntad en el NIR. De otro lado, la celda optofluidica a desarrollar, operada en modo transflectancia, se caracteriza por tener camino óptico de análisis variable y sintonizable a los sobretonos de las absorciones características de las moléculas presentes en el fluido problema. De esta manera, los análisis estadísticos característicos de la espectroscopía NIR se van a ver apoyados por variables independiente (medidas correspondientes no sólo a variaciones de longitud de onda, sino también a distintos caminos ópticos de análisis), lo cual va a propiciar análisis estadísticos más robustos que los convencionales. Finalmente, el equipo se va a desarrollar con una concepción microfluídica de análisis automática, para su operación en remoto mediante tecnología wireless. Estas tres innovaciones hacen de NIRFLOW un proyecto I+D+i en el que parte de los conocimientos y uno de los desarrollos realizado en un proyecto de investigación previo del Plan Estatal (MAT2016-79866-R), parcialmente protegido con una patente, se pretende transferir a la sociedad a través del desarrollo de un equipo precomercial que demuestre sus capacidades de análisis en entornos operacionales significativos, en particular para el seguimiento de procesos de fermentación ligados a la producción de vinos.


Acido fórmico como vector de energía: de la biomasa al hidrógeno verde


01-09-2021 / 31-08-2025



Investigador Principal: Miguel Angel Centeno Gallego / Svetlana Ivanova
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2020-113809RB-C32 - Proyectos I+D+i "Retos Investigación"

Equipo de Investigación: Leidy Marcela Martínez Tejada, María Isabel Domínguez Leal

El presente proyecto forma parte del proyecto coordinado ENERCATH2 que pretende integrar una estrategia que involucra múltiples reacciones para la producción y uso de hidrogeno verde a partir de la biomasa. El objetivo último es contribuir al desarrollo de tecnologías energéticas sostenibles que sustituyan a las actuales, derivadas de las fuentes fósiles. Específicamente, el proyecto del ICMS se centra en el uso del ácido fórmico como vector energético de hidrógeno, dado que es un compuesto químico líquido con una alta densidad gravimétrica de energía, que puede ser almacenado, transportado y manipulado de manera segura usando la infraestructura existente de distribución de hidrocarburos.

El objetivo principal del proyecto es la generación de ácido fórmico a partir de biomasa lignocelulósica y la posterior obtención de corrientes de hidrógeno a partir de éste. Para este fin, se pretende desarrollar catalizadores novedosos, preferiblemente basados en carbones derivados de la biomasa y/o en metales de transición, no nobles, (V, Ni, Cu, Co, etc.), activos, selectivos y estables, para: i) la oxidación directa y selectiva de la biomasa lignocelulósica, e.g. glucosa, bien hacia la producción masiva de ácido fórmico, bien hacia la producción de una mezcla de ácido fórmico con otros co-productos, tales como el ácido levulínico, que pueden servir como punto de partida para la generación de productos plataforma de interés industrial, intermedios en la producción de combustibles y ii) la deshidrogenación de ácido fórmico, tanto en fase líquida como gaseosa, para la producción de corrientes de hidrógeno libres de CO.

Los catalizadores preparados serán caracterizados estructural y químicamente por una gran variedad de técnicas (DRX, XPS, SEM, HRTEM, Raman, DRIFTS, TPR/TPD, UV-Vis, Análisis textural), tanto pre- como post-reacción, para evaluar las posibles modificaciones ocurridas en el transcurso de la misma. Igualmente, se realizarán estudios en condiciones de reacción (in-situ y operando) por espectroscopias DRIFTS y ATR, lo que, junto con los resultados de actividad y de caracterización, permitirá analizar el mecanismo de las reacciones y así poder establecer la relación estructura-actividad en cada caso. El conocimiento de esta relación permitirá optimizar el catalizador diseñado y, en última instancia, cada proceso catalítico de producción de vectores sostenibles de energía propuesto en el proyecto


Avanzando hacia la economía circular: Biocombustibles para el transporte pesado, a partir del reciclado de residuos (NICER BIOFUELS)


01-09-2021 / 31-03-2025



Investigador Principal: José Antonio Odriozola Gordón / Tomás Ramírez Reina
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PLEC2021-008086

Equipo de Investigación: María Isabel Domínguez Leal, Laura Pastor Pérez

Financiado por el programa RETOS-COLABORACION PUBLICO-PRIVADA del Ministerio de Ciencia e Innovacion con fondos EU bajo el marco Next Generation Europe, NICER BIOFUELS es fruto de la colaboracion entre las Universidades de Zaragoza y Sevilla y la multinacional URBASER. En el contexto de la economia circular y el desarollo de combustibles sostenibles que permitan descarbonizar el transporte y avanzar hacia una sociedad libre de emisiones, NICER-BIOFUELS representa un paso adelante para combatir el cambio climitaco combinando ciencia fundamental e ingenieria aplicada.


Diseño óptico optimizado de dispositivos optoelectrónicos basados en puntos cuánticos de perovskita sin ligandos


01-09-2021 / 31-08-2024



Investigador Principal: Hernán R. Míguez García / Mauricio E. Calvo Roggiani
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2020-116593RB-I00 PN2020 - "Retos Investigación"

Equipo de Investigación: Gabriel S. Lozano Barbero, Juan F. Galisteo López

La motivación del proyecto FreeDot es triple. Primero, proponer soluciones a los inconvenientes específicos que obstaculizan un mayor desarrollo de la tecnología optoelectrónica de perovskita (inestabilidad, durabilidad, sensibilidad ambiental, etc.). La aproximación propuesta se basa en el desarrollo de células solares nanoestructuradas y LED basados en nuevas matrices porosas que permiten la síntesis de ensamblados de nanocristales sin ligandos con buenas propiedades de transporte de carga y, simultáneamente, minimizan su exposición a entornos degradantes. En segundo lugar, demostrar que es posible, también en el caso de dispositivos basados en puntos cuánticos, mejorar la eficiencia de conversión de energía en células solares y de extracción de luz en LEDs mediante la optimización del diseño óptico. Por último, la posibilidad de obtener nanocristales libres de ligandos abre la posibilidad de estudiar las propiedades fotofísicas fundamentales de los puntos cuánticos, lo que normalmente es obstaculizado por la presencia de capas orgánicas en el caso de puntos cuánticos coloidales.


Nanorecubrimientos dieléctricos para dispositivos electrónicos Flexibles por tecnología de plasma (FLEXDIELEC)


01-09-2021 / 30-08-2025



Investigador Principal: Francisco Javier Aparicio Rebollo
Organismo Financiador: Junta de Andalucía "Programa Emergia"
Código: EMERGIA20_00346


Dadas sus características físicas y mecánicas de la tecnología de dispositivos electrónicos flexibles emergente combina estructuras multicapas de láminas delgadas flexibles, nanomateriales 2D, o nanoconductores 1D, como son los nanotubos de carbono y los nanohilos. Sin embargo, estos presentan diferentes limitaciones relacionadas con su degradación frente a agentes ambientales e incompatibilidad con las técnicas de fabricación convencionales más presentes a nivel industrial. El proyecto FlexDielec persigue el desarrollo de una nueva generación de materiales dieléctricos para el desarrollo de dispositivos electrónicos flexibles avanzados, superando estas limitaciones. Con este fin, se empleará una técnica pionera de plasma remotos, desarrollada por el IP, que regula en un amplio rango la composición y propiedades de nanocomposites orgánicos funcionales. Esta es una metodología de vía seca (ausencia de disolventes) y a temperatura ambiente, lo que asegura su completa compatibilidad con el uso de sustratos sensibles, como muchos de los que tienen mayores perspectivas de implementación en campo de la electrónica flexible (materiales poliméricos, tejidos, papel, nanomateriales 2D, nanofibras orgánicas…).


Plasmas atmosféricos de arco deslizante para procesos sostenibles


01-09-2021 / 31-08-2024



Investigador Principal: Ana María Gómez Ramírez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2020-114270RA-I00 - Proyectos I+D+i "Retos Investigación"

Equipo de Investigación: José Javier Brey Sánchez (Universidad Loyola), José Cotrino Bautista, Paula de Navascués Garvín, Manuel Oliva Ramírez, Antonio Rodero Serrano (Universidad de Córdoba)

La necesidad de propiciar una transición efectiva desde una economía basada en el uso intensivo de combustibles fósiles a otra donde los criterios de desarrollo se basen en procesos sostenibles que no impliquen la generación de CO2 hace necesaria la puesta a punto de nuevos procesos, donde la fuente de energía primaria sea la electricidad generada a partir de fuentes renovables. El proyecto “Plasmas Atmosféricos de Arco Deslizante para Procesos Sostenibles”, FIREBOW en adelante, pretende el desarrollo de tecnologías de plasma atmosférico que usan la electricidad como vector energético directo para llevar a cabo procesos químicos convencionalmente abordados mediante técnicas catalíticas (a altas presiones y temperaturas, con bajos rendimientos y obtención de subproductos no deseados). En concreto se persigue la puesta a punto de un reactor de Plasma Atmosférico de Arco Deslizante (PAAD) para inducir tres procesos de gran impacto industrial y medioambiental, como son la síntesis de amoniaco (NH3), la producción de hidrógeno (H2) y la descontaminación de agua. El amoniaco es la sustancia base de los fertilizantes usados en agricultura, y su demanda aumenta conforme las necesidades de alimentación mundiales. En cuanto al hidrógeno, es conocido que el camino hacia una economía basada en dicho combustible es uno de los retos del siglo XXI. Por otro lado, el desarrollo de técnicas novedosas para la depuración de aguas es cada vez más necesaria, debido al aumento de contaminante emergentes, sustancias tales como pesticidas, compuestos derivados de la industria farmacéutica y química, microorganismos e incluso productos de higiene personal que los métodos convencionales no son capaces de eliminar en su totalidad. FIREBOW propone, en una primera etapa, desarrollar la tecnología PAAD mediante el diseño, construcción, modelización y puesta a punto de un reactor de arco deslizante. Se explorarán posibles modificaciones sobre los modelos de reactores PAAD actuales, contemplándose el efecto de la incorporación de materiales piezoeléctricos para inducir fenómenos de emisión secundaria de electrones, la modificación de las características superficiales de los electrodos o la geometría del sistema a fin de propiciar en el futuro una mejora en el rendimiento de los procesos estudiados. La complejidad de los procesos básicos involucrados en este tipo de reactores implicará un estudio fundamental de su respuesta eléctrica y de los fenómenos de transporte de masa y carga, así como una caracterización exhaustiva y diagnosis del plasma en función de parámetros como flujo de gases, interacción entre especies excitadas, tiempo de residencia y otros parámetros básicos de operación. Tanto la caracterización experimental como la simulación teórica del reactor, esta última llevada a cabo mediante métodos computacionales, serán fundamentales para su correcto funcionamiento y optimización de los procesos propuestos. En una segunda etapa se abordará el estudio de las reacciones de obtención de H2 y NH3, con el objetivo de maximizar el rendimiento energético de dichos procesos, así como de la purificación de agua. El desarrollo científico-tecnológico propuesto en FIREBOW es de gran interés para diferentes actores socio-económicos, planteándose actividades de transferencia a las empresas y entidades que ya han mostrado su interés en el desarrollo de mismo.


Procesos de Nucleación y Crecimiento en Superficies Piezoeléctricas Excitadas Acústicamente en Atmósferas de Plasma/Vacío


01-09-2021 / 31-08-2024



Investigador Principal: Alberto Palmero Acebedo
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2020-112620GB-I00 - Proyectos I+D+i "Generación de Conocimiento"

Equipo de Investigación: Rafael Alvarez Molina, Victor J. Rico Gavira, Agustín R. González-Elipe

Este proyecto aborda el estudio de los fenómenos de nucleación atómica y crecimiento de películas delgadas sobre materiales piezoeléctricos sometidos a excitación acústica en atmósferas de plasma y vacío. Los materiales piezoeléctricos se caracterizan por la aparición de una polarización eléctrica no nula al someterlos a una deformación mecánica, y por el efecto contrario, la aparición de una deformación mecánica al someterlos a una excitación eléctrica y, en la actualidad, se emplean en multitud de aplicaciones y dispositivos, tales como sensores de lluvia, pantallas táctiles o manipulación de líquidos en la microescala, entre otros. En un trabajo seminal publicado por el grupo investigador se demostró que, al crecer una película delgada mediante técnicas de plasma sobre este tipo de superficies excitadas, ésta se estructuraba de acuerdo al patrón definido por las ondas. Este resultado inicial demostraba que la interacción entre la onda/película delgada en crecimiento podría utilizarse como nueva metodología de nanoestructuración de superficies. En este proyecto se aborda esta problemática de tipo fundamental, estudiando específicamente dos mecanismos principales de interacción: i) la transferencia directa de energía/momento de la onda acústica a las especies depositadas, y ii) la interacción entre la onda de polarización eléctrica que se propaga por el material piezoeléctrico y las líneas de campo eléctrico en el plasma, con incidencia directa en el transporte de especies cargadas y al bombardeo superficial selectivo del piezoeléctrico durante el crecimiento de la película. De esta manera, este proyecto se centra en la descripción, desarrollo y compresión de una nueva fenomenología, y en el desarrollo de todo el marco teórico y conceptual que permita entender dicha interacción. Se espera que la activación acústica de piezoeléctricos y su efecto en atmósferas de plasma se convierta en un nuevo procedimiento para inducir la formación de centros de nucleación para la micro- y nano-estructuración de películas delgadas, permitiendo nuevos desarrollos en el campo de la física de superficies. Asimismo, en el campo de la física del plasma, la posibilidad de modular la interacción entre el plasma y una superficie de acuerdo a un patrón definido por ondas electro-acústicas podría abrir procedimientos alternativos para operar dispositivos de microplasmas o pantallas de plasma.


Valorización de CO2 mediante procesos catalíticos y termofotocatalíticos: reducción de emisiones y obtención de metano y otros hidrocarburos ligeros


01-09-2021 / 31-08-2024



Investigador Principal: Alfonso Caballero Martínez / Gerardo Colón Ibáñez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2020-119946RB-I00

Equipo de Investigación: Juan Pedro Holgado Vázquez y Rosa María Pereñiguez Rodríguez

En este proyecto se llevarán a cabo diversos estudios y desarrollos relacionados con la reacción de hidrogenación de CO2 para la producción de Gas Natural Sintético (GNS) e hidrocarburos ligeros. Así, la metanación y las denominadas reacciones modificadas de Fischer-Tropsch a olefinas (FTO) se están convirtiendo en procesos muy interesantes desde el punto de vista económico, energético y medioambiental. Por otra parte, el uso de hidrógeno verde como agente reductor, obtenido a su vez a partir de fuentes renovables, representa, además de la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, una forma de almacenar la energía procedente de fuentes renovables, muchas de las cuales son intermitentes y, por tanto, difíciles de ajustar a las necesidades de consumo.
Con todo ello, este proyecto persigue un enfoque multicatalítico que comprende la termocatálisis y la fotocatálisis térmica con el fin de conseguir altos rendimientos, alta sostenibilidad y con los menores costes de producción, orientados en todo caso a una aplicación industrial final. Por otro lado, el desarrollo y optimización de los materiales catalíticos, considerando nuevos sistemas catalíticos heterogéneos basados en Ni, Fe, Co, Ru, Au, Pd entre otros metales, que han mostrado un gran potencial para estas reacciones de hidrogenación en los últimos años. En cuanto a los materiales catalíticos, se seleccionarán soportes micro y mesoporosos de composición variable (zeolitas, SBA-15, etc.), así como otros basados en óxidos y perovskitas ABO3. Para ello se utilizarán una serie de técnicas de preparación recientemente descritas (cristalización por microondas, proceso de autocombustión, mesoestructuración por nanocasting y porosidad jerárquica) que permiten obtener sistemas de alta superficie específica y nanoestructura controlada. La combinación de diferentes elementos en las posiciones A y B de la estructura de la perovskita, que actúan tanto como promotores de sistemas catalíticos como precursores de aleaciones metálicas en sistemas catalíticos reducidos, permitirá obtener materiales con propiedades catalíticas sintonizables, muy variadas y versátiles.


PERovskite SEmiconductors for PHOtoNics


01-03-2021 / 28-02-2025



Investigador Principal: Hernán R. Míguez García
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: H2020-MSCA-ITN-ETN/0748 Comisión Europea MSCA-ITN


Funded by the Marie Skłodowska-Curie programme, PERSEPHONe is a coordinated training network that aims to equip young researchers with new skills and knowledge regarding the development of a novel photonics technological platform based on metal-halide perovskite semiconductors. These materials present unrivalled optoelectronic properties and can be engineered to achieve a large set of desirable functionalities which may change the roadmap of currently established photonic technologies. They also show great promise for their integration with silicon photonics and silicon-oxynitride-based photonics. The programme will expose 14 early-stage researchers to a wide spectrum of research activities including material synthesis, photonic (and optoelectronic) device and integrated circuit fabrication, characterisation, modelling, upscaling and manufacturing. PERSEPHONe will lay the foundation for a novel photonic technology, strengthening Europe’s position in the field.


Cerámicas en un Flash: La La nueva ruta para un procesado energética y medioambientalmente eficiente


01-01-2021 / 31-12-2022



Investigador Principal: Luis A. Pérez Maqueda
Organismo Financiador: Junta de Andalucia
Código: P18-FR-1087 "Frontera"

Equipo de Investigación: M. Jesús Diánez Millán, Pedro Enrique Sánchez Jiménez

El proyecto CeramFLASH propone la utilización de las novedosas técnicas de Sinterizado Flash (FS) y Sinterizado Flash Reactivo (SFR) para la síntesis y preparación de cerámicas con interés tecnológico tales como electrolitos sólidos, piezoeléctricos o cerámicas duras electromecanizables. Estas técnicas permiten preparar materiales cerámicos en segundos a temperaturas significativamente más bajas que las requeridas por las técnicas de sinterizado convencional simplemente haciendo circular por la pieza una muy pequeña intensidad de corriente eléctrica (de unos pocos miliamperios). Esta ventaja permite reducir de forma significativa el elevado consumo energético necesario en el procesado de materiales cerámicos.
Adicionalmente, se posibilita la preparación en forma densa y nanoestructurada de cerámicas muy difíciles de preparar mediante métodos convencionales, tales como compuestos de baja estabilidad térmica o compuestos que requieren temperaturas de sinterizado muy elevadas.
Finalmente, CeramFLASH pretende utilizar campos alternos con frecuencia de oscilación variable y métodos de control inteligente basados en la respuesta de la muestra al campo para conseguir un mejor control de las características microestructurales en las cerámicas resultantes. A pesar de que la técnica de FS se propuso por vez primera hace solo 8 años, y la SFR fue introducida en 2018 por nuestro grupo, el interés por este proceso está creciendo de forma importante por su gran potencial científico y tecnológico. CeramFLASH cuenta con la implicación de personal con experiencia en la técnica y la colaboración activa del investigador pionero en su propuesta, por lo que su financiación permitirá establecer una línea de investigación a largo plazo que permita consolidar en Andalucía un grupo de referencia a nivel internacional en este ámbito.


Funcionalización superficial y modelos de difusión de factores de germinación en semillas tratadas con plasmas | PLASMASEED


01-01-2021 / 31-12-2022



Investigador Principal: María del Carmen López Santos / Antonio Prados Montaño (US)
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: US-1381045

Equipo de Investigación: Agustín Rodríguez González-Elipe, Francisco Yubero Valencia

PLASMASEED aborda la inclusión de la tecnología de vacío y plasma para la funcionalización superficial de semillas como una estrategia eficaz y limpia para que los cultivos sean menos dependientes de los cambios del entorno. Se pretenden analizar los factores y mecanismos básicos que inciden en la mejora de la germinación tratando las semillas desde una aproximación multidisciplinar que combina conceptos básicos de biofísica, caracterización avanzada y procesado por vacío y plasma. El efecto de campos eléctricos asociados a los plasmas y las características físico-químicas de estos, la influencia de la difusión de otros factores de germinación además del agua (oxígeno, luz, etc.), la difusión de nutrientes como especies nitratos u otras de interés para la germinación, etc., son factores experimentales que se modelizan usando procedimientos de Monte Carlo y mecánica estadística para proponer modelos holísticos de difusión de factores de germinación a través de las membranas de semillas y de la influencia de los tratamientos superficiales con técnicas de plasma para modificar y / o controlar tales procesos.


Plasmas atmosféricos de arco deslizante para la producción sostenible de amoniaco e hidrógeno (ARCPLAS)


01-01-2021 / 31-12-2022



Investigador Principal: Ana María Gómez Ramírez / José Cotrino Bautista
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: US-1380977

Equipo de Investigación: Rafael Alvarez Molina, José Javier Brey Sánchez (Universidad Loyola), Jesús Cuevas Maraver (US), Alberto Palmero Acebedo, Juan F. Rodríguez Archilla (US)

El proyecto “Plasmas atmosféricos de arco deslizante para la producción sostenible de amoniaco e hidrógeno”, ARCPLAS en adelante, pretende el desarrollo de procesos de transformación química de gases mediante tecnologías de plasma atmosférico que usan la electricidad como vector energético directo. En concreto se persigue la puesta a punto de un reactor de Plasmas Atmosféricos de Arco Deslizante (PAAD) para inducir dos procesos de gran impacto industrial y medioambiental, como son la síntesis de amoniaco (NH3) y la producción de hidrógeno (H2). El amoniaco es la sustancia base de los fertilizantes usados en agricultura, y su demanda aumenta conforme las necesidades de alimentación mundiales. En cuanto al hidrógeno, de sobra es conocido que el camino hacia una economía basada en dicho combustible es uno de los retos del siglo XXI. ARCPLAS propone, en una primera etapa, desarrollar la tecnología PAAD mediante el diseño, construcción, modelización y puesta a punto de un reactor de arco deslizante. La complejidad de los procesos básicos implicados en este tipo de reactores implicará un estudio fundamental de su respuesta eléctrica y de los fenómenos de transporte de masa y carga, así como una caracterización exhaustiva y diagnosis del plasma en función de parámetros como flujo de gases, interacción entre especies excitadas, tiempo de residencia, características químicas de los gases implicados y otros parámetros básicos de operación. Tanto la caracterización experimental como teórica del reactor, esta última llevada a cabo mediante métodos computacionales, serán fundamentales para su correcto funcionamiento y optimización de los procesos propuestos. En una segunda etapa se abordará el estudio de las reacciones de obtención de H2 y NH3, con el objetivo de maximizar su rendimiento químico, así como el rendimiento energético del reactor. Finalmente, en una última etapa del proyecto, se explorarán posibles modificaciones sobre el modelo de reactor PAAD desarrollado, contemplándose el efecto de la incorporación de materiales piezoeléctricos para inducir fenómenos de emisión secundaria de electrones, la modificación de las características superficiales de los electrodos o la geometría del sistema a fin de propiciar en el futuro una mejora en el rendimiento de los procesos estudiados.


Conversión Avanzada de Biogas a Ácido Acético: Soluciones Catalíticas para una Sociedad con Bajas Emisiones de Carbono


01-10-2020 / 30-09-2023



Investigador Principal: Laura Pastor Pérez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2019-108502RJ-I00


En ADVENTURE se presenta un nuevo concepto para convertir biogás, procedente de desechos orgánicos, en productos químicos de alto valor industrial, como es el ácido acético (AA), de una manera tanto amigable con el medio ambiente como viable económicamente. El AA se emplea como precursor de muchos productos procedentes de la química fina, con numerosas aplicaciones, como son la fabricación de pinturas y recubrimientos, la producción de plásticos y adhesivos basados en agua, entre muchos otros, siendo una molécula plataforma muy versátil para la industria química. Tradicionalmente el AA se produce a escala comercial a través de una ruta indirecta produciendo una considerable huella global de CO2. Por ello, el objetivo principal de ADVENTURE es re-diseñar el proceso de producción de AA introduciendo biogás como principal materia prima - un enfoque completamente nuevo que provoca una sinergia entre la utilización de CO2 y la síntesis de química fina.

En este contexto AVENTURE abordará tres desafíos principales: (i) un desafío global: las preocupaciones ambientales asociadas con la emisión de gases de efecto invernadero; (ii) una oportunidad industrial: abordará el problema de la sostenibilidad económica de la industria del biogás ofreciendo alternativas viables para la conversión de materia prima de bajo valor en bio-químicos de alto valor añadido a escala industrial; y (iii) un desafío a escala científica fundamental: se presentan dos propuestas, la intensificación de una ruta indirecta usando reactores de microcanales y una ruta directa llevada a cabo con catálisis por plasma. Para lograr estos ambiciosos objetivos, se diseñará una nueva generación de catalizadores avanzados multifuncionales capaces de proporcionar los productos específicos deseados con alta actividad, selectividad y durabilidad a largo plazo para garantizar el éxito de AVENTURE.


Estructuras adaptativas multiresponsivas para fotónica integrada, piezo/tribotronica y monitorización optofluídica | AdFunc


01-06-2020 / 31-05-2023



Investigador Principal: Angel Barranco Quero / Ana Isabel Borrás Martos
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2019-110430GB-C21 - Proyectos I+D+i "Generación de Conocimiento"

Equipo de Investigación: José Cotrino Bautista, Victor J. Rico Gavira, Francisco Yubero Valencia, Juan Pedro Espinós Manzorro, Agustín R. González-Elipe

AdFUNC es un proyecto muy interdisciplinar que tiene como principal objetivo conseguir un progreso significativo en dos temáticas en la frontera de la Ciencia de Materiales: el desarrollo de sensores con capacidad multirespuesta y de sistemas de energía activados por luz. Los denominadores comunes de AdFUNC son el diseño inteligente de arquitecturas complejas en la nanoescala y el desarrollo de demostradores a escala de laboratorio.

Estamos convencidos de que el proyecto nos abre una ventana de oportunidad para realizar investigaciones que podemos clasificar en cuatro áreas: i) Aplicaciones y dispositivos: Desarrollaremos los recientemente descubiertos efectos tribotrónicos y piezotrónicos para fabricar dispositivos sensores autoalimentados. Con estos materiales, en combinación con varias tecnologías avanzadas de sensado fotónico y espectro-electroquímico, expandiremos la eficiencia, multiactuación y multirespuesta de sistemas adaptativos optofluídicos. Estos sistemas, manteniendo una arquitectura común, presentarán una respuesta diferenciada frente a escenarios reales diversos y complejos, que se simularán en el proyecto (alteraciones medioambientales como vertidos, accidentes, amenazas químicas o de explosivos). También se plantean dispositivos captadores de energía solar en condiciones de baja iluminación, captadores de energía mecánica y dispositivos que sean capaces de acoplar luz y movimiento a la activación de procesos de descomposición electroquímica del agua. Ii) Nanomateriales: Adfunc es un proyecto donde concurren un equipo de especialistas en el desarrollo de nanoestructuras soportadas por distintas tecnologías. Esto nos permitirá, por primera vez, implementar un conjunto de nanoarquitecturas 3D (nanohilos, nanotubos, core@shell) y el diseño de materiales con estructuras nanoporosas controladas (capas esculturales, nanocanales, porosidad asociada en varias escalas, multicapas ópticas porosas, desarrollos pioneros de redes metaloorgánicas (MOFs) en estructuras fotónicas porosas) directamente a la mejora de los componentes activos de los dispositivos del proyecto. Iii) Estrategia. El proyecto nos da la oportunidad de trabajar simultáneamente en rutas sintéticas nuevas, caracterización avanzada de materiales y propiedades, integración de materiales en dispositivos, y esto a la vez que se tiene información de modelado y simulación. Iv) Perspectiva de escalabilidad: En todos los casos se utilizarán métodos y técnicas compatibles con procesos industriales establecidos, como el plasma y el vacío típicos de la industria optoelectrónica y microelectrónica, y procesos de síntesis en disolución. Otro aspecto interesante, es la posibilidad de introducir plásticos y polímeros para fabricar dispositivos, lo que puede permitir revalorizar residuos de la industria del plástico, en un esfuerzo de economía circular en el que investigadores del proyecto están comprometidos.

AdFunc sólo es posible gracias al esfuerzo conjunto de un gran número de investigadores, en su mayoría del ICMS-CSIC y la Universidad Pablo de Olavide, que se completa con un grupo de investigadores de otros centros y colaboradores internacionales con experiencia e interés complementarios. Es precisamente la coordinación de un número tan elevado de especialistas (25 doctores en los dos subproyectos) lo que nos permite plantear el desarrollo de un conjunto de actividades tan completo y ambicioso.  


Recubrimientos innovadores preparados por Magnetron Sputtering para absorción solar selectiva


01-06-2020 / 31-12-2024



Investigador Principal: Juan Carlos Sánchez López / Ramón Escobar Galindo (Abengoa Solar New Tecnologies, S.A.)
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades
Código: PID2019-104256RB-I00 "Retos Investigación"

Equipo de Investigación: Cristina Rojas Ruiz, Belinda Sigüenza Carballo

El cambio climático ocasionado por las emisiones de gases con efecto invernadero y el agotamiento de los combustibles fósiles a corto-medio plazo hacen necesaria la búsqueda de nuevas fuentes de energía alternativas, limpias y renovables. De entre ellas, la energía solar es una de las mejores opciones por su gran disponibilidad para la generación de calor y electricidad.

El objetivo de este proyecto va encaminado al desarrollo de nuevos recubrimientos absorbedores solares selectivos crecidos en forma de multicapas basados en nitruros metálicos de cromo y aluminio (CrAlN). Las propiedades de resistencia a la oxidación y estabilidad térmica del CrAlN unidas a un diseño nanoestructurado adecuado permitirán mantener unas buenas prestaciones ópticas (alta absorbancia y baja emitancia) y mejorar su durabilidad a alta temperatura. El incremento de la temperatura de trabajo (T>550ºC) conllevará una mejora de la eficiencia y una reducción de costes de las plantas de concentración de solar térmica, haciéndolas más competitivas. Para su preparación se utilizará la técnica de pulverización catódica mediante impulsos de alta intensidad (HiPIMS), una variante reciente de la pulverización catódica convencional que permite mejorar la densidad y compacidad de las capas gracias a un mayor grado de ionización del plasma. Estas propiedades son de interés para mejorar la adhesión al sustrato y ralentizar los procesos de degradación térmica. Además de los nitruros se ensayarían otras configuraciones cambiando el tipo de material absorbedor (oxinitruros y nanocomposites de carburos metálicos).

El proyecto comprenderá todas las etapas, desde la síntesis de los materiales componentes de las estructuras solares selectivas, diseño y simulación de su comportamiento óptico, a su validación en condiciones similares a la aplicación final (a nivel de laboratorio y ensayos de campo). La caracterización estructural, química y de estabilidad térmica y resistencia a la oxidación discurrirá en paralelo con el fin de optimizar los recubrimientos solares selectivos con mejores prestaciones y durabilidad.


Tecnología de plasma para la fabricación de celdas solares de perovskita eficientes y duraderas a prueba de agua


01-06-2020 / 31-05-2023



Investigador Principal: Juan Ramón Sánchez Valencia / Maria del Carmen López Santos
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2019-109603RA-I00 "Retos"

Equipo de Investigación: Juan Pedro Espinós Manzorro, Xabier García Casas, Víctor López Flores, Javier Castillo Seoane

Las celdas solares –dispositivos que transforman directamente la luz solar en electricidad- son de vital interés para el futuro sostenible del planeta. Durante los últimos años y conscientes de este hecho, la comunidad científica ha realizado un gran esfuerzo por mejorar la eficiencia de estos dispositivos. Un ejemplo particular de celda solar que contiene una perovskita de haluro organometálico como absorbedor de luz han centrado la atención de la comunidad científica durante la última década debido, sobre todo, a su alta eficiencia y bajo coste. Esta tecnología de celda solar supone una alternativa prometedora a las celdas actuales (basadas en Si y en calcogenuros), aunque se enfrentan a un reto científico y tecnológico que no ha sido resuelto en 10 años desde su descubrimiento: para que la realización final y comercial de las celdas de perovskita sea posible, necesitan alcanzar una mayor estabilidad, durabilidad y reproducibilidad. El principal problema radica en la alta sensibilidad que presentan estas perovskitas al oxígeno y humedad ambiental, que producen una rápida degradación del comportamiento de la celda en un tiempo extremadamente corto, haciendo inviable su comercialización.

DuraSol persigue abordar este gran reto científico y tecnológico mediante la fabricación de componentes de la celda mediante tecnología de vacío y plasma. Estas metodologías son escalables industrialmente y presentan grandes ventajas con respecto a las metodologías en disolución (las más usadas), entre las que destacan: su alta versatilidad, control de composición y microestructura, bajo coste, que son respetuosas con el medio ambiente ya que no precisan disolventes, no producen emisiones contaminantes y son compatibles con la tecnología actual de semiconductores.

El objetivo principal de DuraSol es la fabricación de celdas solares de perovskita “a prueba de agua” mediante integración de componentes fabricados por metodologías de vacío y plasma en forma de películas delgadas y nanoestructuras, que actúan como sellantes hidrofóbicos. La viabilidad de DuraSol se basa en resultados recientes que demuestran que la fabricación asistida por plasma de distintos componentes de la celda solar puede ser una de las vías más prometedoras para aumentar su estabilidad y durabilidad, que es hoy en día el cuello de botella que impide su comercialización. Cabe señalar que no hay ningún ejemplo en la literatura de este enfoque sintético, y se espera que esta oportunidad demuestre las ventajas y la versatilidad de esta metodología innovadora en un campo de muy alto impacto. La investigación propuesta en DuraSol se enmarca dentro de las áreas prioritarias del programa Horizon 2021-2027 de la Unión Europea y responden a varios de los retos propuestos en la presente convocatoria de “Energía segura, eficiente y limpia” (Reto 3) y de “Cambio climático y utilización de recursos y materias primas” (Reto 5).


Diseño y selección de materiales novedosos para fabricar pilas de combustible de óxido sólido de alto rendimiento


01-02-2020 / 31-01-2022



Investigador Principal: Francisco José García García (US)
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: US-15382 "Emergente"

Equipo de Investigación: Francisco J. Gotor Martínez

Las pilas de combustible de óxido sólido (SOFCs) son una de las tecnologías más prometedoras y respetuosas con el medio ambiente para la generación de energía eléctrica de forma eficiente a partir de gas natural y otros combustibles fósiles (hidrocarburos). Las SOFCs evitan la combustión directa del combustible, lo que resulta en unas eficiencias de conversión mucho mayores que las que se obtienen mediante métodos termo-mecánicos. Sin embargo, diversas dificultades técnicas relacionadas con el envenenamiento de los ánodos frente a hidrocarburos, problemas de estabilidad química e integridad mecánica de los electrolitos y la alta temperatura de funcionamiento, que reduce la selección de materiales y encarece la tecnología, han impedido la explotación a larga escala de las SOFCs. Un componente de vital importancia es el ánodo, en donde tienen lugar las reacciones electro-catalíticas que convierten la energía química del combustible en corriente eléctrica. Los principales problemas a los que se enfrenta el ánodo están relacionados con (i) su durabilidad, (ii) la difusión del gas y el transporte eléctrico y (iii) la resistencia al envenenamiento químico por carbono y azufre presentes en hidrocarburos. Otro componente crítico es el electrolito, que permite la difusión de iones óxido desde el cátodo hasta el ánodo. Las principales características que debe presentar el electrolito están relacionadas con (i) una elevada conductividad iónica, pero despreciable conductividad electrónica, (ii) unas buenas propiedades mecánicas y (iii) una estabilidad en atmósfera reductora y oxidante. Por ello, si queremos que se generalice la aplicación y el uso de esta tecnología limpia, es necesario que los materiales que se usan como ánodos y electrolitos en SOFCs presenten unas propiedades fisicoquímicas y mecánicas que permitan superar las limitaciones actuales. El proyecto propuesto tiene como objetivo abordar algunos de los problemas expuestos con anterioridad mediante el desarrollo de nuevos ánodos resistentes al envenenamiento en presencia de hidrocarburos y el uso de electrolitos con mejoradas propiedades mecánicas gracias a nuevas arquitecturas. Para ello, vamos a sintetizar por métodos mecano-químicos de una forma barata, versátil y simple nuevos ánodos basados en perovskitas dobles de composición PrBaMn2-jXjO5+δ (PBMXO), con X = Mn, Co, Ni, o Fe y 0 < j < 0.5, a la vez que se diseñarán y fabricarán electrolitos laminados que permitan aumentar su fiabilidad mecánica, sin menoscabo de las propiedades conductoras.


Tecnología de plasma para el desarrollo de una nueva generación de conductores de huecos en celdas solares de perovskita. PlasmaCells


01-01-2020 / 31-12-2022



Investigador Principal: Juan Ramón Sánchez Valencia (US)
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: US-1263142 "Emergente"

Equipo de Investigación: Angel Barranco Quero, Juan Pedro Espinós Manzorro, Cristina Rojas Ruiz, José Cotrino Bautista

Las celdas solares (CSs) de tercera generación son dispositivos nanotecnológicos que convierten directamente la luz solar en electricidad y suponen el paradigma de la investigación en energías renovables de cuyo aprovechamiento dependerá el futuro energético del planeta. Recientemente, un ejemplo particular de CSs que contienen una perovskita de haluro organometálico como absorbedor de luz han centrado la atención de la comunidad científica debido, ante todo, a su alta eficiencia y bajo coste. Estas características las convierten en una alternativa prometedora a las celdas actuales (de Si y calcogenuros). Sin embargo, para que la realización final y comercial de las celdas de perovskita sea posible es necesario que alcancen una mayor estabilidad, durabilidad y reproducibilidad. Los avances más importantes alcanzados se han debido a la intensa investigación sobre los elementos que integran esta CS: conductor de electrones, perovskita y conductor de huecos. En concreto, este último elemento ha tenido una importancia crucial en su evolución tras la implementación de los conductores de huecos en estado sólido.

PlasmaCells persigue abordar por primera vez la síntesis de una nueva familia de conductores de huecos por técnicas de vacío y plasma. Estas metodologías son escalables industrialmente y presentan grandes ventajas con respecto a las metodologías en disolución (las más usadas), entre las que destacan: su alta versatilidad, control de composición y microestructura, bajo coste, que son respetuosas con el medio ambiente ya que no precisan disolventes, no producen emisiones contaminantes y son compatibles con la tecnología actual de semiconductores.

El objetivo principal de PlasmaCells es la integración de estos nuevos conductores de huecos procesados por plasma en CSs de perovskita. La importancia del proyecto se basa en resultados recientes obtenidos por el Investigador Principal (IP) que demuestran que la aproximación propuesta puede ser una de las vías más prometedoras para el aumento de la estabilidad, durabilidad y reproducibilidad de estas CSs, que actualmente suponen el cuello de botella que impide su industrialización. Cabe destacar que no existe en la bibliografía ningún ejemplo sobre esta aproximación sintética para el desarrollo de conductores de huecos. Se espera que esta oportunidad permita demostrar las ventajas y versatilidad de esta metodología innovadora en un campo de alto impacto, que se enmarca dentro de las áreas prioritarias RIS3 Andalucía y en el PAIDI 2020 de crecimiento sostenible, eficiencia energética y energías renovables.


Descongelación inteligente y sostenible mediante ingeniería de ondas acústicas aplicadas a superficies | SOUNDOFICE


01-11-2020 / 31-10-2024



Investigador Principal: Coordinador ICMS: Ana Isabel Borrás Martos
Organismo Financiador: European Commission Horizon 2020
Código: H2020-FET-OPEN/0717

Equipo de Investigación: Agustín R. González-Elipe, Juan Pedro Espinós, Francisco Yubero, Ángel Barranco, Víctor Rico, María del Carmen López Santos




Icing on surfaces is commonplace in nature and industry and too often causes catastrophic events. SOUNDofICE ultimate goal is to overcome costly and environmentally harmful de-icing methods with a pioneering strategy based on the surface engineering of MHz Acoustic Waves for a smart and sustainable removal of ice. This technology encompasses the autonomous detection and low-energy-consuming removal of accreted ice on any material and geometry. For the first time, both detection and de-icing will share the same operating principle. The visionary research program covers the modeling of surface wave atom excitation of ice aggregates, integration of acoustic transducers on large areas, and the development of surface engineering solutions to stack micron-size interdigitated electrodes together with different layers providing efficient wave propagation, anti-icing capacity, and aging resistance. We will demonstrate that this de-icing strategy surpasses existing methods in performance, multifunctionality, and capacity of integration on industrially relevant substrates as validated with proof of concept devices suited for the aeronautic and wind power industries. SOUNDofICE high-risks will be confronted by a strongly interdisciplinary team from five academic centers covering both the fundamental and applied aspects. Two SMEs with first-hand experience in icing will be in charge of testing this technology and its future transfer to key EU players in aeronautics, renewable energy, and household appliances. An Advisory Board incorporating relevant companies will contribute to effective dissemination and benchmarking. The flexibility of the R&D plan, multidisciplinarity, and assistance of the AdB guarantee the success of this proposal, bringing up a unique opportunity for young academia leaders and SMEs from five different countries to strengthen the EU position on a high fundamental and technological impact field, just on the moment when the climate issues are of maxima importance.

*Participantes
- INMA: Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón, Spain
-UNIZAR: Universidad de Zaragoza, Spain
-TECPAR: Fundacja Partnerstwa Technologicznego Technology Partners;  Poland
- IFW: Leibniz-Institut Fuer Festkoerper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V.;  Germany
-TAU: Tampereen Korkeakoulusaatio SR;  Finland
- INTA: Instituto Nacional De Tecnica Aeroespacial Esteban Terradas; Spain
- Villinger: VILLINGER GMBH,  Austria
- EnerOcean: EnerOcean S.L.,  Spain


Cerámicas Conductoras de Protones para Electrolizadores Reversibles de Alta Eficiencia y Aplicaciones Power to X


01-06-2020 / 31-05-2023



Investigador Principal: Joaquín Ramírez Rico / Ricardo Chacartegui Ramírez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2019-107019RB-I00 "Retos de la Sociedad"

Equipo de Investigación: Alfonso Bravo León, Manuel Jiménez Melendo, Julián Martínez Fernández, Miguel Torres García

PROCEX aborda el Reto social 3 "Energía limpia, eficiente y segura" y pretende abrir camino a una nueva generación de electrolizadores reversibles de alta eficiencia que operan a temperaturas intermedias (sobre 500ºC). Su éxito abriría una vía muy prometedora para nuevos sistemas de almacenamiento de energía fotovoltaica y eólica con características sobresalientes, tales como eficiencias de ida y vuelta (superiores al 75%) o tasas de retorno energético (>10). Estos valores son muy superiores a los que se pueden alcanzar con los mejores sistemas de almacenamiento térmico. Además, el uso de electrolizadores de alta eficiencia encontraría un enorme campo de aplicación en la producción de H2 y en la industria química. Para desarrollar estos sistemas, es necesario superar numerosos retos en el ámbito de los materiales cerámicos: en particular, es necesario desarrollar nuevos electrolitos conductores de protones con baja conductividad electrónica.

El objetivo principal del proyecto es identificar, sintetizar y demostrar nuevos materiales cerámicos conductores de protones con bajas pérdidas electrónicas en electrolisis, usando estrategias de dopado en compuestos de circonatos y ceratos de bario. Ponemos énfasis no sólo en mejorar la eficiencia sino también en la durabilidad de estos materiales. El proyecto demostrará el procesado de los electrolitos y su integración en pilas tipo botón a escala laboratorio, y estudiará los principales mecanismos de reacción, desarrollando modelos que permitan predecir su comportamiento a gran escala. Este proyecto parte de resultados publicados muy recientemente en la literatura y pretende superarlos apoyándose en las capacidades y experiencia previa del equipo investigador. En el proyecto ampliaremos el rango de composiciones y dopantes a estudiar y realizaremos un estudio sistemático que nos permita relacionar la composición y procesado con las propiedades y el rendimiento en condiciones de servicio (i.e. la degradación y el envejecimiento. A partir de la información obtenida pretendemos desarrollar y validar nuevos modelos que permitan evaluar la integración de estos sistemas en distintas aplicaciones. La ambición del este proyecto requiere un tratamiento multidisciplinar fruto de la combinación de dos grupos de investigación, uno de Ciencia de Materiales y otro de Ingeniería Energética, que poseen las capacidades e instalaciones necesarias para llevar a buen término el proyecto: síntesis y procesado de materiales, caracterización física, modelado numérico e integración de sistemas de almacenamiento de energía.


Diseño de nanomateriales tridimensionales para la solución todo en uno a la recolección de energía ambiental de fuentes múltiples | 3DSCAVENGERS


01-03-2020 / 28-02-2025



Investigador Principal: Ana Isabel Borrás Martos
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: H2020-ERC-STG/0655 STARTING GRANT






https://3dscavengers.icms.us-csic.es/

Thermal and solar energy as well as body movement are all sources of energy. They can be exploited by advanced technology, obviating the need for battery recharging. These local ambient sources of energy can be captured and stored. However, their low intensity and intermittent nature reduces the recovery of energy by microscale instruments, highlighting the need for an integrated multisource energy harvester. Existing methods combine different single source scavengers in one instrument or use multifunctional materials to concurrently convert various energy sources into electricity.

The EU-funded 3DScavengers project proposes a compact solution based on the nanoscale architecture of multifunctional three-dimensional materials to fill the gap between the two existing methods. These nanoarchitectures will be able to simultaneous and individual harvesting from light, movement and temperature fluctuations. 3DScavengers ultimate goal is to apply a scalable and environmental friendly one-reactor plasma and vacuum approach for the synthesis of this advanced generation of nanomaterials.

 

 

@dscavengers


Modelado e implementación de la técnica Freeze-Casting: gradientes de porosidad con un equilibrio tribo-mecánico y comportamiento celular electro-estimulado


01-02-2020 / 31-01-2022



Investigador Principal: Yadir Torres Hernández (US) / Juan Carlos Sánchez López
Organismo Financiador: Junta de Andalucía. Universidad de Sevilla
Código: US-1259771

Equipo de Investigación: Ana María Beltrán Custodio, Alberto Olmo Fernández, Paloma Trueba Muñoz, María de los Ángeles Vázquez Gámez

El titanio comercialmente puro (Ti c.p.) y la aleación Ti6Al4V, son los biomateriales metálicos con el mejor pronóstico para la reparación clínica del tejido óseo. Sin embargo, a pesar de sus ventajas, 5-10% de los implantes fallan durante los cinco años post-implantación. Éstos se asocian fundamentalmente al apantallamiento de tensiones (diferencias de rigidez entre el implante-hueso), el empleo de criterios de diseño (fractura y fatiga) no adecuados para biomateriales, a los fenómenos de tribo-corrosión en condiciones de servicio y a los problemas que ocurren en la intercara (micromovimientos y/o presencia de bacterias) que limitan la capacidad de oseintegración. En este proyecto se propone fabricar e implementar un dispositivo sencillo y económico para obtener cilindros con porosidad controlada (gradiente) y alargada mediante la técnica de congelación dirigida. Se desarrollaran modelos de elementos finitos para estimar el crecimiento geométrico de las dendritas de hielo y el comportamiento mecánico de los cilindros porosos (distribución de esfuerzos y deformaciones), usando radiografías en tiempo real del proceso de congelación dirigida, así como los parámetros que caracterizan la microestructura (proporción, tamaño, morfología de la porosidad) y el comportamiento a compresión (rigidez y límite de fluencia). Además, se plantea la generación de patrones de rugosidad superficial mediante el bombardeo de iones, encaminados a mejorar la unión intima entre el implante y el tejido óseo. Por otra parte, se plantean protocolos in-vitro adecuados para evaluar la citotoxicidad, la adhesión, diferenciación y proliferación celular. Finalmente, se desarrollará un sistema de medida de bio-impedancia que permita racionalizar la influencia de la porosidad, el acabado superficial y los estímulos eléctricos en el comportamiento in-situ de osteoblastos. En este contexto, el objetivo principal es fabricar cilindros con una porosidad controlada y su superficie modificada, que permita garantizar un mejor equilibrio biomecánico, tribo-corrosivo y biofuncional (in-growth y oseointegración del tejido óseo y el implante).


Nuevos materiales para el almacenamiento de Energía Solar Concentrada mediante Calcium-Looping (SOLACAL)


01-02-2020 / 30-04-2022



Investigador Principal: Antonio Perejón Pazo / José Manuel Valverde Millán (US)
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: US-1262507

Equipo de Investigación: María Jesús Diánez Millán, Luis A. Pérez Maqueda, Virginia Moreno García

En este proyecto se estudia el comportamiento de nuevos materiales basados en CaO durante ciclos de calcinación/carbonatación (Ca-Looping) en condiciones realistas de almacenamiento de energía en centrales de energía solar concentrada (CSP).

Para simular las condiciones realistas se utilizan equipos termogravimétricos capaces de emplear elevadas velocidades de calentamiento y enfriamiento y diferentes atmósferas de gases. De esta forma, los resultados obtenidos son realmente representativos y podrán ser extrapolados a las condiciones prácticas de operación en plantas CSP.

Se estudia la reactividad multicícilica de muestras de caliza y dolomita, a las que se les realizan tratamientos mecánicos y con ácido acético que pueden mejorar su actividad. Además, se ha demostrado que la presencia de MgO en la dolomita calcinada estabiliza térmicamente el CaO, por lo que se preparan dolomitas sintéticas con distinto contenido en MgO mediante tratamientos mecánicos y coprecipitación con el objeto de encontrar la cantidad óptima de MgO que mejore la actividad multicíclica del CaO. Se estudian asimismo otros materiales con los que se pueda aumentar la temperatura de carbonatación, como el SrCO3 y el BaCO3, lo que permitiría incrementar aún más la eficiencia termoeléctrica de las plantas CSP con almacenamiento termoquímico.

Un aspecto relevante de SOLACAL es que los resultados obtenidos serán transferidos de manera directa a la planta CSP-CaL de demostración que se está construyendo en Sevilla dentro del proyecto H2020 SOCRATCES iniciado en 2018 y coordinado por la Universidad de Sevilla.


Valorización de CO2: obtención de hidrocarburos mediante procesos catalíticos de hidrogenación


01-02-2020 / 31-01-2022



Investigador Principal: Alfonso Caballero Martínez / Juan Pedro Holgado Vázquez
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: US-1263455

Equipo de Investigación: Gerardo Colón Ibáñez, Rosa Pereñíguez Rodríguez, Andrew M. Beale (UCL), Angeles M. López Martín, Francisco Jesús Platero Moreno

En el presente proyecto se llevarán a cabo diversos estudios y desarrollos relacionados con la reducción de CO2 a productos de alto valor añadido, como metano, olefinas ligeras, gasolinas y otros hidrocarburos funcionalizados, de gran interés económico, energético y medioambiental. El uso de hidrógeno como agente reductor, obtenido este a su vez de fuentes renovables supone, además de la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, una vía para el almacenamiento de la energía procedente de fuentes renovables, muchas de ellas de carácter intermitente y por tanto difícilmente acoplable a las necesidades de consumo.

Con todo ello en este proyecto se propone el desarrollo de nuevos sistemas catalíticos heterogéneos basados en Ni, Fe, Co, Ru e In, entre otros metales, los cuales han mostrado en los últimos años un gran potencial para esta reacción de hidrogenación. Dado el carácter bifuncional de los mecanismos de reacción involucrados en estas reacciones, se seleccionarán soportes micro y mesoporosos de composición variable (zeolitas, SBA-15, etc.), así como otros basados en estructura perovskita ABO3. Para ello se emplearán una serie de técnicas de preparación recientemente descritas (Cristalización por Microondas, Proceso de Autocombustión, Mesoestructuración por Nanocasting y Porosidad Jerarquizada) que permiten obtener sistemas de alta superficie específica y nanoestructura controlada. La combinación de diferentes elementos en las posiciones A y B de la estructura perovskita, que actúen tanto como agentes promotores de los sistemas catalíticos como de precursores de aleaciones metálicas en los sistemas catalíticos reducidos, permitirá obtener materiales con propiedades catalíticas modulables, muy variadas y versátiles.

http://matproner.icms.us-csic.es/projects/


Ácido fórmico como vector energético: viabilidad de los ciclos de carga y descarga de hidrógeno


01-01-2020 / 31-12-2022



Investigador Principal: Svetlana Ivanova / Miguel Angel Centeno
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P18-RT-3405

Equipo de Investigación: María Isabel Domínguez Leal, Leidy Marcela Martínez Tejada

El presente proyecto se encuadra en la actual tendencia a nivel mundial de búsqueda de tecnologías para la captura y uso del dióxido de carbono (Carbon dioxide Capture and Utilization CCU). Su interés radica en la utilización directa del CO2 atmosférico para almacenar hidrógeno verde, esto es, producido con la ayuda de energías renovables, en forma de ácido fórmico, usado como vector energético. Desde el punto de vista medioambiental, el desarrollo de esta tecnología permitiría preservar la huella de CO2 durante el ciclo completo de generación, almacenamiento y liberación de energía, sin generar más gases de efecto invernadero. La posibilidad de almacenar hidrógeno de esta forma facilitaría su transporte y su uso en aplicaciones deslocalizadas diversas, tanto móviles como estacionarias. Indirectamente, esta tecnología racionalizaría el almacenamiento de las energías renovables, haciéndolas independientes de las condiciones climáticas. Este proyecto pretende estudiar la viabilidad de la tecnología basándose en el desarrollo de un único catalizador, estable y selectivo para los ciclos de carga y descarga de hidrógeno (CO2/HCOOH).


CO2 como fuente de carbono para la producción de compuestos químicos de alto valor añadido


01-02-2020 / 31-01-2022



Investigador Principal: José Antonio Odriozola Gordón / Svetlana Ivanova
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: US-1263288

Equipo de Investigación: Anna Dimitrova Penkova, Ligia Amelia Luque Alvarez, Débora Álvarez Hernández

El principal reto científico de este proyecto es el diseño de un dispositivo catalítico activo y selectivo en la reducción catalítica de CO2 a CO. El proyecto pretende resolver dos problemas interrelacionados, el diseño del catalizador, que pasa por una comprensión a nivel molecular de la reacción estudiada, y el diseño de un reactor de microcanales que permita realizar la reacción en régimen isotermo y tiempos de residencia muy cortos. Para ello se propone la síntesis de catalizadores constituidos por metales nobles o de transición soportados en óxidos reducibles para llevar a cabo el proceso catalítico analizando los factores determinantes de la reacción: tamaño de partícula de la fase metálica, reducibilidad del soporte, interacciones metal-soporte y resistencia de la desactivación. Las características de la reacción exigen el desarrollo de reactores de microcanales que permitan disminuir las pérdidas de carga y los tiempos de residencia manteniendose isotermos. El estudio, por tanto, busca diseñar un dispositivo catalítico activo, selectivo y estable que trabaje en régimen isotermo y permita tiempos de residencia inferiores a 100 ms.


Desarrollo de Dispositivos Emisores de Luz basados en Perovskita Nanoestructurada (Nano-ABX LED)


01-01-2020 / 31-12-2022



Investigador Principal: Hernán R. Míguez García
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P18-RT-2291 "Frontera"

Equipo de Investigación: Juan Francisco Galisteo López, Mauricio E. Calvo Roggiani, Gabriel S. Lozano Barbero

El principal avance del conocimiento y de la técnica en el campo de materiales y dispositivos optoelectrónicos realizado dentro del marco del proyecto Nano-ABX LED es el desarrollo de una configuración innovadora de dispositivo, distinta a las que presentan los basados en láminas delgadas masivas (bulk) o en apilamientos de nanocristales coloidales, las únicas dos empleadas hasta ahora en el campo de emisión basada en perovskita.

Los resultados obtenidos demuestran la viabilidad y el gran potencial de esta aproximación. Como ejemplo, nos ha permitido preparar nanocristales emisores en el rango azul del espectro electromagnético con una eficiencia cuántica hasta ahora no alcanzada. Los objetivos propuestos dentro del proyecto Nano-ABX LED encajan dentro del Reto Social denominado "Energía segura, limpia y eficiente" identificado dentro de la Estrategia de Innovación de Andalucía 2020 (RIS-3) y del Plan Andaluz de Investigación, Desarrollo e Innovación (PAIDI 2020). En concreto, los resultados obtenidos, que demuestran una vía alternativa y de bajo coste de obtener emisores muy eficientes, contribuirán a la Estrategia Energética de Andalucía 2020, que pretende, alcanzar un sistema energético más eficiente, descarbonizado, inteligente y de calidad, en línea con una de las cinco áreas de desarrollo primordiales contempladas en la estrategia Europe 2020 (http://ec.europa.eu/europe2020/), que establece como uno de sus objetivos principales incrementar la eficiencia energética en Europa en un 20%, a lo que contribuiría el desarrollo de los dispositivos emisores de luz obtenidos en el marco del proyecto.


Nuevos recubrimientos nanoestructurados para absorción eficiente de la radiación solar en dispositivos de concentración


01-01-2020 / 31-03-2023



Investigador Principal: Juan Carlos Sánchez López
Organismo Financiador: Junta de Andalucia
Código: P18-RT-2641 "Frontera"

Equipo de Investigación: T. Cristina Rojas Ruiz, Belinda Siguenza Carballo

La mejora de los materiales empleados en los dispositivos usados en el campo de las energías renovables permitirá incrementar la eficiencia de los mismos haciéndolos más competitivos y rentables. El presente proyecto pretende desarrollar nuevos recubrimientos absorbedores selectivos de la energía solar aptos para trabajar a temperaturas superiores a las posibles con los materiales actualmente en uso en dispositivos de concentración solar térmica (500ºC en vacío – media concentración; 800ºC al aire – alta concentración). Los sistemas serán preparados en forma de multicapas por la novedosa tecnología de pulverización catódica donde los materiales son evaporados mediante impulsos de alta energía (HiPIMS - High Power Impulse Magnetron Sputtering). Los materiales preparados deberán cumplir los requisitos ópticos y de estabilidad química para soportar las condiciones de alta irradiación solar y temperaturas de trabajo. Este ambicioso proyecto se llevará a cabo mediante la colaboración de dos grupos de investigación pertenecientes al Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla CSIC-ICMS (grupo TEP958) y a la plataforma solar de Almería CIEMAT-PSA (Grupo TEP247). El grupo CSIC-ICMS se encargará del diseño, preparación y caracterización de los recubrimientos. Por su parte CIEMAT-PSA, diseñará y desarrollará los ensayos de campo, validando los recubrimientos en condiciones de trabajo similares a las de la aplicación final en términos de flujo solar concentrado incidente y temperaturas de operación. Dichos ensayos incluirán tanto determinación de parámetros térmicos y ópticos en condiciones nominales de operación, así como ciclado térmico de alta frecuencia (tratamiento térmico y envejecimiento).


Recubrimientos termocrómicos inteligentes para la climatización eficiente y el control ambiental (TOLERANCE)


01-01-2020 / 31-03-2023



Investigador Principal: Angel Barranco Quero / Alberto Palmero Acebedo
Organismo Financiador: Junta de Andalucia
Código: P18-RT-3480 "Frontera"

Equipo de Investigación: Ana María Gómez Ramírez, Juan Ramón Sánchez Valencia, Victor J. Rico Gavira, Rafael Alvarez Molina, Francisco Yubero Valencia, Juan Pedro Espinós Manzorro, Ana Isabel Borrás Martos, Agustín R. González-Elipe

La Agencia Internacional de la Energía considera que el uso sistemático de procedimientos autónomos de control ambiental representa una de las mejores apuestas tecnológicas para reducir el consumo energético asociado a la climatización de edificios (más del 40% del consumo global en países desarrollados, muy superior al porcentaje debido al transporte), reduciendo el impacto ambiental y mejorando además el confort habitacional. TOLERANCE persigue introducir y desarrollar en Andalucía la tecnología de los recubrimientos termocrómicos como elemento inteligente y autónomo de control de la irradiación solar en edificios. El interés de la propuesta se centra en nichos de aplicación como el cerramiento de edificios, el mobiliario urbano, la mejora de sistemas de producción de agua caliente sanitaria o la mejora de invernaderos. Un recubrimiento termocrómico se caracteriza por transmitir todo el espectro solar a bajas temperaturas y reflejar selectivamente parte de éste (el infrarrojo) a altas temperaturas. En esta línea, el proyecto propone diversas acciones de I+D para el desarrollo de capas delgadas con composición VO2, óxido termocrómico caracterizado con una temperatura de transición cercana a la temperatura ambiente, sobre vidrio y plásticos mediante técnicas escalables industrialmente, así como su nanoestructuración, dopado e integración en sistemas multicapas a fin de mejorar sus características y prestaciones multifuncionales.


Aspectos genéticos y biofísicos de la formación de la cutícula del fruto del tomate


01-01-2019 / 30-06-2022



Investigador Principal: Eva María Domínguez Carmona (IHSM) / Rafael Muñoz Fernández (IHSM)
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: RTI2018-094277-B-C22 "Retos de la Sociedad"

Equipo de Investigación: José Jesús Benítez Jiménez, Manuel León Camacho (IG)

Las ceras y los fenoles son compuestos minoritarios de la cutícula del fruto de tomate que, a pesar de ello, juegan un papel determinante en varios aspectos relacionados con la calidad de los frutos. Se ha demostrado que los fenoles de la cutícula modulan el color final de los frutos y la rigidez de la cutícula, determinando así el grado de sensibilidad del fruto al agrietado durante la maduración. No son, de todos modos, los únicos que contribuyen a las propiedades mecánicas de la cutícula. En proyectos anteriores se cartografiaron y validaron cinco QTLs relacionados con la cantidad de fenoles de la cutícula. La identificación de los genes responsables de estas regiones genómicas mejorará nuestra comprensión de este carácter y cómo modularlo para generar líneas comerciales con combinaciones deseables de color del fruto y resistencia mecánica. En este sentido, el análisis de QTLs de las propiedades mecánicas y térmicas de la cutícula será el primero de su tipo y permitirá conocer las bases genéticas de propiedades biofísicas. Por otro lado, las ceras cuticulares son la principal barrera a la permeabilidad del agua y regulan el estado hídrico de los frutos durante la cosecha, postcosecha y almacenamiento y transporte. Un análisis preliminar del contenido de ceras de las especies silvestres emparentadas con el tomate cultivado reveló el interés potencial de dos especies de fruto rojo para el desarrollo de nuevas variedades con tolerancia a ambientes deshidratantes. El análisis de la permeabilidad al agua y contenido y tipos de ceras de las cutículas de estas dos especies será un primer paso para la consecución de este objetivo final.


Desarrollo de catalizadores y soportes para procesos de almacenamiento químico de energía neutros en CO2 basados en líquidos orgánicos portadores de hidrógeno


1-1-2019 / 30-09-2022



Investigador Principal: María Asunción Fernández Camacho
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades
Código: RTI2018-093871-B-I00 - "Retos Investigación"

Equipo de Investigación: María del Carmen Jiménez de Haro

El agotamiento de los combustibles fósiles (a corto y largo plazo) y el calentamiento global derivado del efecto invernadero son consecuencias del uso extensivo de estos combustibles. Por lo tanto, es muy conveniente utilizar y desarrollar energías renovables y así eliminar nuestra dependencia de los combustibles fósiles. Esto hace que el almacenamiento de energía producida por fuentes renovables (que son intermitentes) sea un objetivo importante de investigación. En proyectos anteriores, hemos trabajado en el estudio de nanomateriales y catalizadores para el almacenamiento de hidrógeno como vector de transporte y almacenamiento de energía (ciclo del H2). En este nuevo proyecto, el grupo de investigación propone avanzar en la Implementación de líquidos orgánicos como portadores de hidrógeno (LOHC) como una forma prometedora de combinar los ciclos del C02 y del H2 que conduzca a un almacenamiento de energía sostenible en un ciclo neutro en carbono. Pequeñas moléculas orgánicas, como el ácido fórmico o el metanol, se pueden usar para almacenar el H2 (y la energía) proveniente de fuentes renovables. Estos combustibles alternativos se pueden quemar o usarse para generar H2 que alimente directamente a una pila de combustible.
En este proyecto se llevarán a cabo investigaciones para la implementación de dos procesos relacionados con las tecnologías LOHC:
i) La descomposición térmica selectiva del ácido fórmico por catálisis heterogénea para la prodUCCión bajo demanda de hidrógeno exento de monóxido de carbono.
ii) La producción de hidrógeno por reformado de alcoholes (Le. biometanol) en procesos fotocatalíticos heterogéneos. La catálisis desempeña un papel clave en la implementación de estos dos procesos. Por lo tanto, los principales objetivos y actividades del proyecto son el diseño racional y la preparación de catalizadores y soportes para estudiar las relaciones composición-estructuradesempeño en los dos procesos mencionados anteriormente. El enfoque innovador es la aplicación de técnicas asistidas por plasma, como la pulverización catódica para el crecimiento de películas delgadas, y los tratamientos con plasmas de oxidación, reducción y grabado, para el desarrollo de recubrimientos catalíticos nanoestructurados y nanopartículas soportadas. Se desarrollarán espumas de carbono poroso y catalizadores basados en Pd que incluyen Pd, Pd-C, Pd-B o Pd-Cu para el estudio de la reacción de descomposición de ácido fórmico. Se investigarán películas fotocatalíticas de Ti02-TiOx con Pt (y/o Au) como co-catalizadores para el foto-reformado de metanol.


Nanopartículas multifuncionales para la obtención de bioimágenes mediante luminiscencia, resonancia magnética y tomografía computerizada de Rayos X


1-1-2019 / 30-09-2022



Investigador Principal: Manuel Ocaña Jurado / Ana Isabel Becerro Nieto
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: RTI2018-094426-B-I00 "Retos Investigación"

Equipo de Investigación: Nuria O. Nuñez Alvarez

El proyecto persigue la preparación de nanoparticulas (NPs) multifuncionales con propiedades mejoradas y caracteristicas (tamaño, estabilidad coloidal y toxicidad) adecuadas que puedan emplearse en  más de una modalidad de obtención de imágenes de órganos, tejidos y células, cuyo principal interés radica en que mediante un único tipo de sonda se podría obtener información complementaria
esencial para un diagnóstico clinico más riguroso. En concreto, se estudiarán sondas bifuncionales para la obtención de imágenes mediante luminiscencia y resonancia magnética (MRI) o tomografía computarizada de rayos X (CT), y sondas trifuncionales con utilidad para las tres modalidades mencionadas. Se abordarán dos tipos de biosondas luminiscentes. Por una parte, se diseñarán NPs
luminiscentes constituidas por matrices singulares dopadas con cationes lantánidos (Nd3+ o Er3+fYb3+ o Tm3+fYb3+), cuya excitación y emisión tiene lugar en la región del infrarrojo cercano (NIR) conocida como ventana biológica (650-1800 nm), en la que las radiaciones no son dañinas para los tejidos y tienen alto poder de penetración. Por otra parte, se persigue la obtención de NPs cuya luminiscencia persiste después de eliminar la excitación, evitándose así los posibles efectos no deseados de ésta (autofluorescencia de los tejidos, radiaciones dañinas). En el primer caso, se pretende conseguir una mayor estabilidad química y térmica de las sondas mediante la selección de matrices tipo oxifluoruro más estables que las de tipo fluoruro propuestas hasta ahora, En el segundo caso, se abordarán sistemas con luminiscencia persistente en el NIR con composición ZnGa204:Cr3+ y Y3AI2Ga3012:Ce3+,Cr3+,Nd3+, para los que es prioritario desarrollar nuevos métodos de sintesis que permitan la obtención de NPs uniformes, necesarias para este tipo de aplicaciones. Respecto a la modalidad MRI y en respuesta a la necesidad de desarrollar agentes de contraste para las más modernas técnicas que operan a campos magnéticos altos para aumentar la resolución de las imágenes y asi obtener un diagnóslico más preciso, se planea desarrollar NPs constituidas por compuestos (oxifluoruros, vanadatos, fosfatos) de Dy y Ho. Por último, debido al alto número atómico de los elementos constituyentes de las sondas anteriores, es de esperar que éstas también tengan una alta capacidad de atenuación de rayos X, siendo por tanto también potencialmente útiles como agentes de contraste para CT. En este caso, el empleo de las NPs objeto de estudio aportará importantes ventajas respecto a los agentes comerciales utilizados en la actualidad que se traducen en un mayor control del tiempo de residencia en el organismo y de su biodistribución y por tanto, en la posibilidad de disminuir las dosis utilizadas reportando asi un beneficio para el paciente. El proyecto contempla tanto la fabricación de las sondas optimizadas como la exploración de su aplicabilidad al campo del diagnóstico clínico mediante la obtención de imágenes in vivo en ratones. El equipo investigador posee gran experiencia en la sintesis de NPs inorgánicas basadas en tierras raras y dispone de la mayoria de los medios necesarios para su caracterización. Además, dicho equipo cuenta con el apoyo de investigadores de otras instituciones, expertos en diversos aspectos del proyecto, que colaborarán en el desarrollo de algunas tareas del mismo como vienen haciendo desde hace varios años, lo que garantiza el correcto desarrollo de la propuesta.


Procesado y Caracterización de Composites Cerámicos con Nanomateriales Laminados Bidimensionales


01-01-2019 / 31-12-2022



Investigador Principal: Angela Gallardo López (UEI) / Rosalía Poyato Galán
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades
Código: PGC2018-101377-B-I00 "Generación de Conocimiento"

Equipo de Investigación: Felipe Gutiérrez Mora (UEI), Ana Morales Rodríguez (UEI), Antonio Muñoz Bernabé (UEI), Rocío del Carmen Moriche Tirado (UEI)

La incorporación de nanomateriales bidimensionales en materiales compuestos de matriz cerámica está aumentando en un esfuerzo para superar la inherente fragilidad de las cerámicas y para conferirles nuevas funcionalidades. Aún existen cuestiones abiertas en este campo en cuanto a resistencia mecánica, tenacidad a la fractura, cinética de crecimiento de fisuras, comportamiento tribológico, papel de fases interfaciales o idoneidad para el electromecanizado, entre otras. Aunque las nanoláminas de grafeno (NLG) se han mostrado como una segunda fase muy adecuada, los nanomateriales inorgánicos análogos al grafeno podrían extender el rango de aplicabilidad de los materiales con grafeno. El uso de nanoláminas de nitruro de boro (NLNB) en estos compuestos es muy prometedor y está prácticamente inexplorado.

Este proyecto propone un estudio sistemático de materiales compuestos con usos en aplicaciones estructurales y funcionales, con dos matrices de circona estabilizada con itria y dos tipos diferentes de nanomateriales 2D -nanoláminas de grafeno o de nitruro de boro- para profundizar en la comprensión de sus comportamientos mecánico y eléctrico. Con este fin, se fabricarán materiales con matrices de circona tetragonal dopada con 3 %mol de itria y circona cúbica dopada con itria, persiguiendo una microestuctura óptima con una distribución homogénea de los nanomateriales 2D en ambas matrices cerámicas. Se investigarán en profundidad materiales con NLG para dar respuesta a cuestiones abiertas en el conocimiento de estos materiales. La distribución, tamaño e integridad estructural de las NLG se caracterizarán mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía Raman, y las intercaras entre las NLG y la matriz se caracterizarán mediante microscopía electrónica de transmisión. La resistencia mecánica, resistencia a la rotura, mecanismos de refuerzo y cinética de crecimiento de grano en estos materiales se examinará en profundidad, y se establecerá la mejor combinación de ruta de procesado y contenido de NLG en términos de refuerzo a la matriz. Se realizarán medidas de conductividad eléctrica en materiales con diferentes contenidos de NLG y se evaluará la respuesta al electromecanizado de los materiales eléctricamente conductores. Se realizarán también medidas de conductividad eléctrica en función de la temperatura para describir las posibles variaciones en el tipo de conducción al aumentar el contenido en NLG. Por otra parte, se investigarán materiales con NLNB con el objetivo de obtener una primera aproximación a la comprensión de este sistema. Con este fin, tras la síntesis de las NLNB usando una estrategia de mezcla de disolventes para la exfoliación en fase líquida de nanoláminas a partir de polvo de BN hexagonal, se prepararán polvos con diferentes contenidos de NLNB usando técnicas de procesado de polvo en medio húmedo. La caracterización microestructural de los materiales sinterizados mediante Spark Plasma Sintering" se realizará mediante microscopía electrónica de barrido y de transmisión, difracción de rayos X y espectroscopía Raman. Se estudiarán propiedades como dureza, resistencia a la flexión y resistencia al desgaste, y se realizarán ensayos mecánicos a alta temperatura. Se analizar la conductividad eléctrica en función de la temperatura para esclarecer el efecto de la incorporación de una segunda fase aislante en las fronteras de grano sobre el comportamiento eléctrico de un conductor iónico.


Procesos Power-to-X para la Valorización de Co2 en Reactores Catalíticos Estructurados (Co2-Ptx)


1-1-2019 / 31-12-2021



Investigador Principal: José Antonio Odriozola Gordón / Francisca Romero Sarria
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: RTI2018-096294-B-C33 "Retos Investigación"

Equipo de Investigación: Luis F. Bobadilla Baladron, Maria Isabel Dominguez Leal, Anna Dimitrova Penkova, Lola de las Aguas Azancot Luque, Marta Romero Espinosa, Juan Carlos Navarro de Miguel

La tecnología Power-to-X (PTX) tiene como objetivo el almacenamiento de energía (preferentemente renovable) en productos químicos. Dichos productos pueden usarse luego como combustibles o como moléculas plataforma para otras síntesis químicas. Por tanto, esta tecnología juega un papel fundamental incrementando la fracción renovable del mix energético en línea con los objetivos de la UE para la reducción de emisiones de gases con efecto invernadero.

La producción de H2 por electrólisis de agua para PTX es una tecnología madura disponible comercialmente que puede ser usada durante los periodos valle de consumo de energía renovables.

Por otro lado, el CO2 es una fuente de carbono desaprovechada por lo que el uso combinado de H2 renovable y CO2 añade un importante plus al proceso PTX ya que el CO2 asociado a las emisiones de gases de efecto invernadero es reintegrado contribuyendo a la economía circular y la descarbonización. Esta es la idea central que guía la presente propuesta. En particular, se trata de llevar a cabo las siguientes reacciones: hidrogenación de CO2 a metano (también llamada metanación de CO2 o reacción de Sabatier), la reacción reversa Water-Gas-Shift (activación del CO2 y ajuste de la relación H2/CO), síntesis de biocombustibles (dimetil éter y SFT) y producción de ácido acético. Estas reacciones ofrecen notables retos químico-ingenieriles en aspectos como: i) desarrollo de catalizadores multifuncionales adecuados; ii) gestión térmica de reacciones fuertemente exotérmicas; iii) control de la selectividad en reacciones múltiples en serie por acción conjunta de la temperatura, el tiempo de residencia, la formulación del catalizador y el diseño del reactor. El conocimiento adquirido por el consorcio en los proyectos previos (MAT2006-12386, ENE2009-14522, ENE2012-37431 y ENE2015-66975) nos permite proponer de una manera sólida y fundamentada el uso de catalizadores y reactores estructurados para superar estos retos.

Por tanto, el objetivo fundamental de esta propuesta es el estudio de sistemas catalíticos estructurados para reacciones relevantes del proceso Power-To-X con CO2 (CO2-PTX). Por otro lado, esperamos que la intensificación que aportan los sistemas estructurados sobre metales y los patrones de flujo desarrollados en sistemas como espumas de poro abierto jueguen papeles determinantes en el control de la temperatura y la selectividad de la reacción. En este sentido se estudiarán diferentes arquitecturas de sustrato junto a las variables principales como la densidad de celda o poro, el espesor de película catalítica o la aleación metálica del sustrato. Finalmente, para aproximarnos a la aplicación industrial de estos sistemas CO2-PtX se considerará la valorización de CO2 presente en corrientes diluidas como los gases de combustión. Esto supone nuevos retos debido a la baja concentración de CO2, altos caudales volumétricos y efectos negativos de otros componentes (H2O, SOx, etc.) en la actividad y estabilidad de los catalizadores. Se investigarán nuevas formulaciones de catalizadores junto con estrategias avanzadas de adsorción-desorción-reacción de CO2 sobre los sustratos estructurados estudiados.

Globalmente, el proyecto se estructurará en forma matricial con tareas transversales de cada grupo basadas en sus líneas de especialización (modelado, estructuración y caracterización avanzada) junto a reacciones concretas de cada laboratorio que conformarán las tareas longitudinales del proyecto


Verificación de la existencia de fuerzas de Casimir repulsivas en la macroescala en láminas delgadas suspendidas y autosoportadas


1-11-2018 / 30-04-2021



Investigador Principal: Hernán Ruy Míguez García
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: FIS2017-91018-EXP "Explora"


El proyecto VERSUS tiene como objetivo principal realizar la primera observación de fuerzas de Casimir-Lifshitz repulsivas en sistemas macroscópicos plano-paralelos. Para esto se centraá en el diseño, fabricación y caracterización de materiales ópticos que permitan controlar la intensidad y naturaleza de la fuerza de Casimir-Lifshitz, de forma que puedan observarse y caracterizarse fenómenos de levitación debido al balance de ésta y la fuerza gravitatoria. Esta propuesta, readicalmente novedosa, hace uso de técnicas de espectroscoìa óptica (basadas en interferencia óptica entre los haces parcialmente reflejados y transmitido en las intercaras del sistema plano-paralelo) para caracterizar la distancia de equilibrio a la que el sistema levita sobre un sustrato. Para ello, se parte de diseños de materiales cuyas propiedades ópticas y densidades son tales que sumergidas en distintos fluidos leviten sobre ciertos sustratos como resultado del balance de esas fuerzas, como recientemente ha sido demostrado de forma teórica por el equipo solicitante. Nuestro grupo ha demostrado teóricamente que existen combinaciones de materiales que fabricados en forma de láminas delgadas (< 1 micra) pueden levitar a distancias del orden de las pocas decenas o centenas de nanómetros sobre un sustrato adecuado. En particular, láminas de tefón, poliestireno y sílice inmersas en glicerol levitan sobre una oblea de silicio, siendo las distancias de equilibrio controlables y sintonizables a través del grosor de las láminas delgadas y la temperatura del sistema. Las láminas delgadas autosoportadas deben ser compactas, mecánicamente estables, de superficies planas, grosor controlado y químicamente afines al fluido en el que están sumergidas. La observación macroscópicas de fuerzas repulsivas de Casimir-Lifshitz, nunca reportada anteriormente, mediante medidas de espectroscopía óptica constituiria un logro sin precedentes en el campo del estudio de las interacciones fundamentales de la materia.


Aprovechamiento de biomasa y producción sostenible de energía mediante (foto)catalizadores y reactores estructurados basados en materiales carbonosos


01-01-2018 / 30-09-2021



Investigador Principal: Miguel Angel Centeno Gallego / Svetlana Ivanova
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: ENE2017-82451-C3-3-R "Retos de la Sociedad"

Equipo de Investigación: Carlos López Cartes, Leidy Marcela Martínez Tejada, María Isabel Domínguez Leal, Regla Ayala Espinar

El objetivo principal del presente proyecto coordinado entre la U. de Zaragoza, el ICMS y la U. de Cádiz, es el desarrollo de catalizadores multifuncionales y estructurados basados en materiales catalíticos carbonosos, tanto de carácter biomórfico, como grafénico-grafítico. Estos materiales catalíticos han de ser activos, selectivos y estables en reacciones directamente relacionadas con el aprovechamiento de la biomasa lignocelulósica (producción de 5-HMF, ácido levulínico, FDCA, o γ-valerolactona) y la producción sostenible de energía (producción de H2), así como la valorización química y fotoquímica de CO2 (hidrogenación de CO2, descomposición de biogás, foto-reformado de bio-alcoholes), usando H2 de origen renovable ("water splitting"). Este proyecto trata de mejorar procesos actualmente implementados que están relacionados con la producción de energía, y otros más novedosos, como el aprovechamiento de la luz solar, que sin lugar a dudas están llamados a tener un papel importante en este campo. De hecho, la utilización de la energía solar haría más viable energéticamente, por ejemplo, la reacción de metanación de CO2 al usar H2 de origen (foto)renovable producido por “water splitting”. Se busca también la generación de productos de alto valor añadido por procesos de biorefinería, que sustituyan los obtenidos actualmente a partir de fuentes fósiles. Se pretende conseguir un conjunto de sólidos carbonosos con propiedades estructurales (porosidad jerárquica meso/micro), hidrofilicidad-hidrofobicidad, funcionalidades químicas, composición superficial etc. diseñados ad hoc para cada una de las reacciones consideradas por los distintos subproyectos, incluyendo la implementación de procesos en continuo mediante la utilización de reactores estructurados a partir de los catalizadores más eficientes. El desarrollo y utilización de sistemas catalíticos estructurados aumenta la viabilidad e intensificación de los procesos y por tanto la eficiencia energética y medioambiental. La complementariedad de los tres grupos proponentes abre la posibilidad de abordar en un solo proyecto todos estos objetivos, permitiendo aplicar distintas metodologías emergentes para la síntesis de nuevos materiales carbonosos, como son la mineralización biomórfica, la expansión/funcionalización de compuestos intercalados de grafito, grafitos especiales (e.g. “graphite nanolayers” o "nanoflakes”), uso de plantillas inorgánicas para generación de carbones mesoporosos, su funcionalización avanzada y su aplicación en procesos de alto impacto en el área de la energía, tecnología química y tecnologías ambientales.


Desarrollo de nuevos materiales nanoestructurados para la valorización de metano a hidrógeno y olefinas C2-C4


1-1-2018 / 31-12-2020



Investigador Principal: Alfonso Caballero Martínez / Gerardo Colón Ibáñez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades
Código: ENE2017-88818-C2-1-R "Retos de la Sociedad"

Equipo de Investigación: Rosa Pereñiguez Rodríguez, Francisco Jesús Platero Moreno, Angeles Maria López Martín, Juan Pedro Holgado Vázquez

El desarrollo de nuevos materiales con propiedades singulares en distintos campos de aplicación se ha convertido en las últimas décadas en una prioridad en multitud de áreas de la ciencia y la tecnología. Entre ellas, además de materiales micro y mesoporosos de composición variable, pueden destacarse los sólidos basados en estructura perovskita ABO3. La versatilidad que presentan estos últimos mediante la sustitución parcial en las posiciones A y B por distintos metales alcalinos, alcalino-terreos y de transición los convierte en una alternativa interesante, y de hecho tienen aplicaciones en campos relacionados con sus propiedades electricas, ópticas, térmicas, catalíticas y como adsorbentes. En el presente proyecto coordinado se plantea la preparación de un conjunto de materiales, entre ellos algunos con estructura perovskita (Fe, Co, Mn, Cu y Bi en posiciones B; Ca, Mg, Ce y La en posiciones A), y estudiar su aplicación en distintos procesos de catálisis heterogénea y de adsorción de contaminantes. Para ello se emplearán una serie de técnicas de preparación recientemente descritas (Cristalización por Microondas, Proceso de Autocombustión, Mesoestructuración por Nanocasting y Porosidad Jerarquizada) que permiten obtener sistemas de alta superficie específica y nanoestructura controlada. De esta forma, y combinando los metales en posiciones A y B para que actuen tanto como agentes promotores como precursores de aleaciones metálicas en los sistemas reducidos, se obtendrán sistemas con propiedades muy variadas y versatiles. Asi, en el subproyecto 1 se estudiarán sus propiedades catalíticas en procesos de enorme interés para la valorización de metano, principal componente del gas natural y una de las fuentes de energía más abundantes en la actualidad. En concreto, y junto con sistemas soportados en materiales mesoporosos y otros, se estudiará en primer lugar la actividad de perovskitas de niquel para la reacción de reformado seco de metano con el fin de obtener gas de síntesis. El objetivo será obtener sistemas activos y sobre estables frente a los fenómenos de desactivación habituales por deposición de coque. En segundo lugar, se estudiarán sistemas basados principalmente en Fe y Co para la reacción de Fisher-Tropsch a olefinas C2-C4, productos de gran interés económico por ser precursores de una gran cantidad de otros productos de alto valor añadido. Por otro lado, los trabajos propuestos en el subproyecto 2 están relacionados con la aplicación de estos sólidos de estructura perovskita para el desarrollo de procesos de eliminación de contaminantes emergentes, un nuevo tipo de desechos que suelen ser resistentes a los procesos de degradación biológico convencionales, constituyendo por tanto un problema medioambiental de primer orden. En concreto, el proyecto pretende desarrollar tratamientos integrados de depuración (adsorción-POA), utilizando perovskitas para la eliminación de contaminantes emergentes (Ibuprofeno, Salicílico, Ciprofloxacina, Cafeína, Gemfibrozil y  Benzafibrato), optimizando parámetros como el rendimiento, la reciclabilidad de los catalizadores, la aplicabilidad y la sostenibilidad. De especial relevancia en este tipo de procesos es la utilización de procesos de fotocatálisis heterogénea, por lo que el desarrollo de nuevos óxidos semiconductores como las perovskitas, con características fisicoquímicas y estructurales superiores a las del TiO2, es un objetivo de primer orden del presente subproyecto.


Integración de la tecnología “calcium looping” en plantas solares para el almacenamiento termoquímico de energía


01-01-2018 / 30-09-2021



Investigador Principal: Luis A. Pérez Maqueda
Organismo Financiador: Uniòn Europea
Código: H2020-ENERGY/0373 "Research & Innovation Action"

Equipo de Investigación: María Jesús Diánez Millán, Pedro Enrique Sánchez Jiménez




El almacenamiento de energía es uno de los mayores desafíos para aumentar la viabilidad a corto plazo de las plantas de energía solar concentrada (CSP), que generalmente se caracterizan por su intermitencia en la producción de energía. El proceso Ca-Looping (CaL) basado en la reacción reversible de carbonatación/calcinación del CaO es una de las tecnologías más prometedoras para el almacenamiento termoquímico de energía (TCES). La amplia disponibilidad en la naturaleza de piedra caliza (CaCO3) y su bajo precio (<10 € / ton) son factores clave para el despliegue comercial de la tecnología CaL.

SOCRATCES tiene como objetivo demostrar la viabilidad de la integración CSP-CaL mediante la construcción de una planta a escala piloto que utiliza materiales baratos, abundantes y no tóxicos, así como tecnologías actualmente en uso en la industria, como los reactores de lecho fluidizado y los intercambiadores de calor.

El objetivo global de SOCRATCES es desarrollar un prototipo que reduzca los riesgos a la hora de ampliar la tecnología CaL a escala global y resuelva cuestiones abiertas; comprender mejor y optimizar las eficiencias operativas que podrían obtenerse, con el objeto de habilitar plantas de CSP altamente competitivas y sostenibles.

http://socratces.eu

https://cordis.europa.eu/project/id/727348/es


Integración del proceso Ca-looping en centrales de energía solar concentrada para el almacenamiento termo-químico de energía


01-01-2018 / 30-09-2022



Investigador Principal: Luis A. Pérez Maqueda
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: CTQ2017-83602-C2-1-R "Retos de la Sociedad"

Equipo de Investigación: Pedro Enrique Sánchez Jiménez, María Jesús Diánez Millán

El proyecto solicitado se enmarca dentro del reto general de encontrar nuevas tecnologías de almacenamiento de energía baratas y no contaminantes que permitan superar una de las limitaciones mayores de las fuentes renovables que es la intermitencia en la generación de electricidad. En particular, en este proyecto se propone realizar una integración de la tecnología de Ca-looping en una planta termosolar de concentración. La tecnología de Ca-looping, originariamente propuesta para procesos de captura de CO2, se basa en procesos de carbonatación-descarbonatación (o calcinación) de óxido de calcio-carbonato cálcico repetidos de forma cíclica. Nuestro grupo de investigación ha trabajado durante varios años en esta tecnología, con el objeto de comprender los mecanismos de desactivación conforme se incrementa el número de ciclos. Así, hemos estudiado los mecanismos cinéticos de estos procesos y los cambios microestructurales que tienen lugar a medida que se ciclan los compuestos. En un proyecto coordinado que concluye a finales de año (SOLARTEQH, Retos 2014) hemos realizado ya una propuesta de integración de Ca-Looping para almacenamiento de energía solar. Este proyecto ha dado lugar a una propuesta H2020 (SOCRATCES) aprobada y que comenzará a comienzos del año próximo. En el proyecto CALSOLAR que ahora presentamos se pretende avanzar más en esta idea de integración para incrementar los valores de eficiencia termoeléctrica. El subproyecto 1 realizará las tareas de coordinación de todo el proyecto. Además, en el subproyecto 1 se realizará la selección, preparación y caracterización de los compuestos a utilizar en el proyecto. En este sentido, se trabajará con empresas mineras que nos facilitarán distintas materias primas (principalmente calizas y dolomitas) con diverso grado de pureza y cristalinidad. Se prepararán compuestos con sílicas nanoestructuradas obtenidas a partir de cascarilla de arroz (suministradas por arroceras del valle del Guadalquivir). Se investigarán compuestos preparados a partir de escorias de acerías (suministrados por dos empresas del sector afincadas en Andalucía) que son ricos en calcio para su aplicación en ciclos de almacenamiento termoquímico. En el subproyecto, se diseñará y construirá un equipo termogravimétrico que permita realizar experimentos en las condiciones realistas de los ciclos de almacenamiento térmico. Así el equipo permitirá trabajar en condiciones de presión absoluta controlada de CO2 y en vapor sobrecalentado. En dicho instrumento se realizarán los ciclos de almacenamiento y se estudiarán las condiciones óptimas de dichos ciclos. Se investigarán los mecanismos cinéticos de carbonatación y descarbonatación y se estudiarán los cambios microestructurales durante el ciclado. El equipo de investigación está compuesto por personal con gran experiencia en las tareas propuestas y se cuenta con la participación de investigadores extranjeros con gran experiencia en reacciones sólido-gas y en caracterización microestructural por microscopía de alta resolución. Además, participa una investigadora de la empresa Abengoa con extensa experiencia en almacenamiento termoquímico en plantas solares. Se trabajará en este subproyecto de forma totalmente coordinada con los investigadores del subproyecto 2 con idea de establecer conjuntamente las condiciones de proceso óptimas. Finalmente, los resultados obtenidos del proyecto podrán demostrarse en la planta piloto que se construye en el marco del proyecto H2020 SOCRATCES


Materiales ópticos avanzados para dispositivos optoelectrónicos más eficientes


01-01-2018 / 30-09-2021



Investigador Principal: Hernán Ruy Míguez García / Mauricio E. Calvo Roggiani
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2017-88584-R "Retos de la Sociedad"

Equipo de Investigación: Gabriel S. Lozano Barbero, Juan Galisteo López

El proyecto MODO busca optimizar el diseño óptico de dispositivos optoelectrónicos, ya sean fotovoltaicos o emisores de luz, con el objetivo de aumentar su eficiencia o dotarles de nueva funcionalidad. La hipótesis en la que se basa este proyecto es que este objetivo principal puede lograrse mediante la integración de materiales ópticos que permitan controlar la interacción radiación-materia en las láminas absorbentes u ópticamente activas del dispositivo. La estrategia propuesta consiste en realizar, secuencialmente, el diseño, preparación, caracterización e integración en prototipos de estructuras fotónicas de diverso tipo (cristales fotónicos, partículas metálicas, medios ópticos desordenados, superficies corrugadas), empleando principalmente técnicas de procesado en solución escalables y compatibles con las usualmente empleadas para la fabricación de los dispositivos objeto de estudio.
La tecnología optoelectrónica basada en perovskitas ha despertado en los últimos años un interés extraordinario debido a las altas eficiencias de conversión de energía lumínica en eléctrica, superiores al 20%, que se han alcanzado en un tiempo relativamente corto comparado con la evolución de otras tecnologías fotovoltaicas. Por otro lado, presentan elevados rendimientos cuánticos de fotoemisión en el verde y el rojo, lo que también las convierte en candidatas a recubrimientos emisores de luz. Sin embargo, estas expectativas se ven parcialmente ensombrecidas debido a los problemas de estabilidad y potencial impacto ambiental que estas perovskitas presentan. Es uno de los objetivos prioritarios de este proyecto proponer soluciones a estos problemas concretos a través de diseños ópticos que permitan reducir tanto la cantidad de material empleado como la exposición de la lámina activa a ambientes que induzcan su degradación. Se pretende ahondar en la comprensión de los fenómenos que intervienen en la degradación fotoinducida de estos materiales en entornos de distinto tipo, lo que nos permitirá proponer soluciones concretas para desarrollar láminas de perovskita más estables y eficientes. Por otra parte, el proyecto MODO explorará la mejora de una nueva tecnología fotovoltaica, propuesta muy recientemente, basada en nanocristales semiconductores de AgBiS2, de muy bajo impacto ambiental pero con una absorción óptica aún muy inferior al resto de celdas solares emergentes.
Simultáneamente, se aplicarán a dispositivos emisores de luz, basados en nanocristales semiconductores y compuestos orgánicos foto- y electroluminiscentes, conceptos orientados a la amplificación direccional de la luminiscencia en rangos espectrales seleccionados a través del control de la densidad local de estados fotónicos. Se explorará la posibilidad de controlar la dinámica de decaimiento de estados excitados a escala macroscópica y la de observar de emisión láser. En todos los casos, el rendimiento energético de los dispositivos objeto de estudio no ha sido optimizado anteriormente desde el punto de vista del disño óptico.
La propuesta se enmarca dentro del Reto Social denominado "Energia 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.


Diseño racional de fotocatalizadores altamente eficientes mediante control a nivel atómico


02-10-2017 / 31-12-2020



Investigador Principal: Gerardo Colón Ibañez
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: PCIN-2017-056

Equipo de Investigación: Alfonso Caballero Martínez, Angeles Martín




El uso de la energía solar para la generación de hidrógeno a partir de agua es probablemente uno de procesos más limpios y sostenibles para la obtención de energía. Sin embargo, los catalizadores que dan mejores rendimientos son demasiado caros para ser económicamente viables. El proyecto RATOCAT tiene como objetivo el desarrollo de materiales fotocatalíticos optimizados.    De esta forma las prestaciones fotocatalíticas de sistemas basados en TiO2 y gC3N4 podrían optimizarse mediante el diseño de su superficie con nanoestructuras de composición, nanoarquitectura, tamaño y estado químico altamente controladas. Se empleará para ello estudios de simulación teórica para proponer la nanoestructuras óptimas que serán depositadas de forma controlada y precisa mediante atomic layer deposition (ALD). Los test de actividad fotocatalítica tanto a escala de laboratorio como en planta piloto (Plataforma Solar de Almería).


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


01-04-2017 / 31-03-2023



Investigador Principal: Gabriel S. Lozano Barbero
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: H2020-ERC-STG/0259 STARTING GRANT


http://nanophom.eu

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.


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


30-12-2016 / 29-06-2020



Investigador Principal: Angel Barranco Quero / Francisco Yubero Valencia
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2016-79866-R "Retos de la Sociedad"

Equipo de Investigación: 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)

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


30-12-2016 / 31-12-2020



Investigador Principal: Joaquín Ramírez Rico
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2016-76526-R "Retos de la Sociedad"

Equipo de Investigación: Julián Martínez Fernández, Manuel Jiménez Melendo

En la Unión Europea se generan anualmente más de cinco toneladas de residuos por persona, siendo aproximadamente el 60% de esta cantidad materia orgánica. La tecnología de las calderas de biomasa actuales no permite 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 geometrías complejas pueden ser obtenidos con relativamente bajo coste comparados con otros materiales con características mecánicas 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 variedad de mezclas biomasa/ residuos agrícolas con bajas emisiones aun cuando el combustible presente 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.


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


01-02-2016 / 31-01-2019



Investigador Principal: Agustín R. González-Elipe
Organismo Financiador: Union Europea
Código: H2020-TRANSPORT/0149






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


01-01-2016 / 31-12-2020



Investigador Principal: Diego Gómez García / Arturo Domínguez Rodríguez
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2015-71411-R

Equipo de Investigación: Francisco L. Cumbreras Hernández, Felipe Gutíerrez Mora, Ana Morales Rodríguez

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).


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


01-01-2016 / 31-12-2017



Investigador Principal: Angel Barranco Quero
Organismo Financiador: Union Europea
Código: H2020-MSCA-IF-2014, Project ID: 661480

Equipo de Investigación: Juan Ramón Sánchez Valencia

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

 


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


01-01-2016 / 31-12-2018



Investigador Principal: Rafael Fernández Muñoz (IHSM)
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: AGL2015-65246-R

Equipo de Investigación: José Jesús Benítez, Fernando Gallardo Alba (UMA), Antonio Heredia Bayona (IHSM)

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. 


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


01-01-2016 / 31-12-2018



Investigador Principal: Asunción Fernández Camacho
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: CTQ2015-65918-R

Equipo de Investigación: Asunción Fernández, Mª Carmen Jiménez de Haro, Vanda Godinho, Gisela Arzac, Dirk Hufschmidt, Rocio García

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


01-01-2016 / 31-12-2018



Investigador Principal: José Antonio Navío Santos
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: CTQ2015-64664-C2-2-P

Equipo de Investigación: María del Carmen Hidalgo López, Manuel Macías Azaña

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.


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


01-01-2016 / 31-12-2018



Investigador Principal: Angela Gallardo López (UEI) / Rosalía Poyato Galán
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2015-67889-P

Equipo de Investigación: Antonio Muñoz Bernabé, Felipe Gutiérrez Mora, Ana Morales Rodríguez

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. 


Recubrimientos para aplicaciones en energía y alta temperatura


01-01-2016 / 31-12-2019



Investigador Principal: Juan Carlos Sánchez López
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2015-65539-P

Equipo de Investigación: Iñigo Braceras Izaguirre (INASMET), Teresa Cristina Rojas Ruiz, Maria Belinda Sigüenza Carballo

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


01-01-2016 / 31-12-2018



Investigador Principal: José Antonio Odriozola Gordón
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: ENE2015-66975-C3-2-R

Equipo de Investigación: María Isabel Domínguez Leal, Anna Dimitrova Penkova, Francisca Romero Sarria

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


01-01-2016 / 30-06-2019



Investigador Principal: Maria Dolores Alba Carranza
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2015-63929-R

Equipo de Investigación: Miguel Angel Castro Arroyo, Ana Carmen Perdigón Aller, María del Mar Orta Cuevas

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.

 


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


01-10-2015 / 30-09-2017



Investigador Principal: Víctor López-Flores
Organismo Financiador: Junta de Andalucia
Código: TAPOST-234

Equipo de Investigación: Supervisor: Ana Borrás Martos. Componentes: Angel Barranco Quero, Francisco Aparicio, Juan Ramón Sánchez Valencia

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


1-09-2015 / 31-08-2017



Investigador Principal: Hernán Míguez García
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: EU144490_01 Marie Curie Actions

Equipo de Investigación: Dongling Geng

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


1-08-2015 / 31-07-2016



Investigador Principal: Hernán Míguez García
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: EUIN2015-62411


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


01-03-2015 / 28-02-2017



Investigador Principal: Ana María Beltrán Custodio
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: TAHUB-050. Programa Talent HUB


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. 


Estudio del mecanismo de adsorción de contaminantes aniónicos peligrosos por aluminosilicatos de diseño


01-02-2015 / 28-02-2017



Investigador Principal: Esperanza Pavón González
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: TAHUB-082. Programa Talent HUB


El desarrollo científico, tecnológico e industrial en la últimas décadas del siglo pasado ha causado un incremento en la contaminación del medio ambiente. Debido a ello, la comunidad internacional reconoce la necesidad de desarrollar nuevas tecnologías y estrategias para el control de la contaminación. El objective principal de este Proyecto cumple con este propósito: el diseño de silicatos laminares expansibles de alta carga y su posterior modificación superficial para que se conviertan en materiales adecuados para la retención e inmobilización de contaminantes tóxicos aniónicos.
La metodología del Proyecto se basas en la síntesis de micas de alta carga expansibles con sustituciones isomórficas de Si+4 por Al+3 y con una densidad de carga en el rango de las micas frágiles pero con una capacidad de intercambio e hinchamiento inusuales en estos materiales. Para potenciar su capacidad de adsorción, la superficie de estos materiales se funcionalizará con magnetica por un lado y con la inclusion de cationes de alquilamonio, por otro.
Además, se establecerá un protocolo de inmobilizacion de productos aniónicos altamente tóxicos como son AsO42-, SO42-, en función de la estructura y la funcionalización de las micas de alta carga expansibles. Más tarde, la aplicabilidad de estas reacciones de adsorción se comprobará en suelos reales contaminados de Chile y España.


Desarrollo de cermets con aleaciones de alta entropía de mezcla como fase ligante para aplicaciones de mecanizado


01-01-2015 / 31-12-2018



Investigador Principal: Francisco José Gotor Martínez
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2014-52407-R

Equipo de Investigación: José Manuel Córdoba Gallego, María Dolores Alcalá González, Pedro José Sánchez Soto, Concepción Real Pérez, María Jesús Sayagués de Vega

El mecanizado es parte esencial de los procesos de fabricación empleados en muchos sectores industriales y posee una importante implicación económica, al representar una proporción significativa del coste total de fabricación. El éxito del mecanizado depende de múltiples factores, entre los que destaca la herramienta de corte utilizada. El mecanizado de alta velocidad y de los materiales denominados difíciles de mecanizar, como las superaleaciones empleadas en la fabricación de motores a reacción, imponen unas condiciones extremas de trabajo caracterizadas por altas temperaturas, presiones y tensiones, que pueden provocar el fallo prematuro en servicio de la herramienta de corte. Además, el deterioro de la herramienta, debido a un excesivo desgaste y deformación, hace que resulte difícil mantener las tolerancias y la integridad de la superficie mecanizada, lo que compromete seriamente las propiedades de fatiga de la pieza y, por tanto, su aplicabilidad y vida útil. La importante implicación económica de este tipo de mecanizados hace que la industria europea se haya marcado como objetivo primordial mejorar la productividad de estos procesos e incrementar su precisión y calidad, promoviendo la búsqueda de nuevos materiales para herramienta que se adapten mejor a estos nuevos requerimientos.
De los materiales para herramienta que se emplean en la actualidad, los cermets son los que mejor se adaptarían a las exigencias de estos mecanizados, ya que poseen una alta resistencia al desgaste, una estabilidad química elevada y una resistencia mecánica que se mantiene a alta temperatura. Pero, sería necesario mejorar ostensiblemente la tenacidad de fractura y la tolerancia al daño hasta valores próximos a los que presentan los carburos cementados. Durante los últimos años se ha producido un continuado proceso de optimización de los cermets, modificando principalmente la microestructura y la composición química de las fases cerámicas empleadas. En el proyecto MAT2011-22981 demostramos que los cermets denominados de solución sólida completa, caracterizados por poseer una única fase cerámica homogénea formada por un carbonitruro complejo, permiten alcanzar una buena combinación de dureza y tenacidad y una alta resistencia a la oxidación.
En el presente proyecto, que puede considerarse como complementario al MAT2011-22981, se pretende mejorar aún más las propiedades de los cermets, pero actuando en este caso sobre la fase ligante, que es en última instancia la principal causante de la cohesión y la tenacidad del material. Las aleaciones de alta entropía de mezcla se postulan como candidatas idóneas para sustituir a las fases ligantes actuales, ya que presentan una alta resistencia, una buena ductilidad y un excelente comportamiento mecánico a elevadas temperaturas. El objetivo general del presente proyecto se centra en el desarrollo de cermets de solución sólida completa con una fase metálica ligante formada por aleaciones de alta entropía de mezcla. Los materiales que se desarrollarán poseerán una microestructura sencilla, similar a la que presentan los actuales carburos cementados, pero con una elevada complejidad composicional, ya que ambas fases constituyentes (cerámica y metálica) serán soluciones sólidas con un número importante de componentes, al menos cinco. Con estos nuevos cermets, se pretenden mantener las propiedades óptimas que presentan actualmente y mejorar aquellas que limitan su uso potencial en los mecanizados más exigentes.


Almacenamiento TErmoQuímico Híbrido de energía SOLAR concentrada SOLARTEQH


01-01-2015 / 31-12-2017



Investigador Principal: Luis Allan Pérez Maqueda
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: CTQ2014-52763-C2-1-R

Equipo de Investigación: María Jesús Diánez Millán, José Manuel Criado Luque

Actualmente existen proyectos dentro de los prgramas Sunshot (USA) y FP7 (UE) en los que se analiza la viabilidad de lechos fluidizados de sólidos granulados para el almacenamiento químico de energía solar concentrada. Uno de los materiales considerados es la caliza natural (CaCO3), abundante y barata. Usando una mezcla CO2/aire en  porcentajes relativos adecuados a las temperaturas de trabajo (600ºC-900ºC) se descarbonataría el CaCO3 mediante reacción endotérmica en períodos de elevada irradiación o se  carbonataría el CaO liberando calor cuando la temperatura descendiese por debajo de un cierto valor. Mediante la variación del %CO2 en el gas de fluidización se provocarían las reacciones de descarbonatación-carbonatación según se desee reducir o aumentar la temperatura del lecho en función de la intensidad de radiación solar y de la demanda. Este control ayudaría a paliar el efecto de la variabilidad de la intensidad de radiación solar sobre la transferencia de calor al ciclo de vapor para la producción de corriente eléctrica. Además de tratarse de un almacenamiento de energía sin pérdidas, la densidad energética del CaCO3 (~1 MWhr/m3) es mayor que la de las sales fundidas actualmente empleadas en plantas comerciales (0.25-0.40 MWhr/m3), siendo además la caliza un material no corrosivo, no degradable y que permitiría operar a mayores temperaturas y aumentar así la eficiencia de conversión termoeléctrica. No obstante, la fluidización de la caliza es altamente heterogénea, formándose canales de gas y agregados no fluidizables en el lecho que reducirían en gran medida la transferencia térmica, la eficacia de contacto sólido/gas y por tanto el grado de conversión. Por otra parte, se han puesto en marcha plantas piloto basadas en almacenamiento térmico en lechos fluidizados de sólidos granulados inertes de alta capacidad calorífica como la arena o el carburo de silicio que presentan un estado de fluidización uniforme con alta transferencia térmica. Estos sistemas poseen inevitables pérdidas térmicas y son necesarios grandes volúmenes para garantizar el suministro de calor al ciclo de vapor en períodos de baja radiación. Nuestro proyecto se basa en complementar de manera sinérgica las ventajas del almacenamiento térmico en lechos fluidizados de sólidos inertes con el químico mediante lechos fluidizados de mezclas de sólidos inertes fluidizables con otros basados en CaO (arena y caliza naturales por ejemplo). En nuestro trabajo evaluaremos la transferencia y almacenamiento de energía solar concentrada de estos sistemas híbridos. El plan de trabajo contemplará acotar las condiciones óptimas de concentración de CO2 en el gas de fluidización y proporción de arena/caliza en función de la temperatura para las que la eficacia de almacenamiento se viera optimizada. Estudiaremos las propiedades físicas y químicas de mezclas de arena/caliza y los parámetros físicos que favorezcan la transferencia y almacenamiento de calor en función de la intensidad de la radiación solar. Así mismo se explorarán métodos de estabilización térmica del CaO con el objeto de incrementar la reversibilidad de carbonatación/calcinación en condiciones prácticas. De manera paralela se desarrollará un modelo termodinámico que incluya aquellos procesos que afectan a la eficiencia energética del mismo y sirva para establecer parámetros óptimos de operación con el objetivo final de transferencia al sector tecnológico para lo que se contará con el apoyo de Abengoa Solar.


Desarrollo de procesos catalíticos y fotocatalíticos para la valorización del gas natural: activación y transformación de metano e hidrocarburos ligeros


1-01-2015 / 31-12-2018



Investigador Principal: Alfonso Caballero Martínez
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: CTQ2014-60524-R

Equipo de Investigación: Juan Pedro Holgado Vázquez, Gerardo Colon Ibáñez, Rosa María Pereñiguez Rodríguez, Alberto Rodríguez Gómez

  En el presente proyecto se pretenden realizar diversos estudios y desarrollos relacionados con distintos procesos de activación y transformación de metano en moléculas de más valor añadido. Con este fin se estudiarán tanto procesos bien establecidos de conversión indirecta, a través de reacciones de reformado (RM) para la obtención de gas de síntesis, como distintos procesos de conversión directa, en concreto la oxidación directa a metanol (DOM) y la aromatización de metano (DAM).

    En lo que respecta a la reacción de reformado, se plantea el desarrollo de sistemas catalíticos con resistencia mejorada a los procesos de desactivación. Para ello se prepararán y caracterizarán nuevos catalizadores bimetálicos nanoestructurados de niquel depositados en soportes como ceria, alumina y alumina/ceria, así como soportes mesoporosos de tipo SBA-15, dopados con ceria y alumina. Como segundo metal se utlizarán cobalto o hierro. Paralelamente, se realizará un estudio de la reacción de reformado por vía fotocatalítica utilizando sistemas de Cu, Pt y Ni depositados en soportes activos clásicos como titania o ceria, así como otros de más reciente desarrollo, como son Ga2O3, nitruro de carbono o grafeno. En este caso, se pretende igualmente explorar las posibilidades de la activación fotoquímica para la reacción de oxidación preferencial de CO (foto-PROX) en presencia de hidrógeno, de utilidad en los procesos de purificación de hidrógeno procedente del gas de síntesis. Se incidirá en la preparación de sistemas con una estructura de de bandas apropiada para el control de esta oxidación selectiva de CO.

     En cuanto a los procesos de conversion directa, se estudiará la reacción de DOM usando O2, H2O2 o N2O como activadores de la reacción, en combinación con sistemas basados en Au/Pd, Fe, Cu y/o Ni depositados en soportes como zeolitas ZSM-5, grafeno y TiO2. En este último caso, utilizando Au/Pd como fase metálica activa en presencia de H2O2 como especie oxidante se planteará la posibilidad de combinar la síntesis in situ de agua oxigenada con la posterior oxidación directa de metano. Igualmente, se explorará el proceso de oxidación fotocatalítica de metano a metanol como una alternativa novedosa y altamente atractiva. En este caso, el uso de nuevos fotocatalizadores de oxidación como el BiVO4 así como la presencia de mediadores redox permitirán controlar la oxidación selectiva a metanol.

    Algunos sistemas estrechamente relacionados con los anteriores, y en particular los basados en Mo soportados en zeolitas ZSM-5 y MCM-22, se utilizarán para el estudio de la reacción de aromatización de metano. La proporción de aluminio, el porcentaje de molibdeno y su activación en la estructura microporosa del soporte, así como la adición de promotores como Ga, Tl o Pb serán algunas de las variables a optimizar para esta reacción. De forma paralela se podrá estudiar el proceso de aromatización fotoinducido, recientemente descrito por algunos autores.


Materiales Ópticos Avanzados para Dispositivos Optoelectrónicos más Eficientes


1-01-2015 / 31-12-2017



Investigador Principal: Hernán Míguez García / Manuel Ocaña Jurado
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2014-54852-R

Equipo de Investigación: Ana Isabel Becerro Nieto, Nuria Núñez Alvarez, Mauricio E. Calvo Roggiani, Gabriel Lozano Barbero, Juan Francisco Galisteo López, Miguel Anaya Martin

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.


Nanogeneradores ferroeléctricos basados en polímeros para aplicaciones en generación de energía y sensores


01-10-2014 / 30-09-2016



Investigador Principal: Pedro E. Sánchez Jiménez
Organismo Financiador: Junta de Andalucia
Código: TAPOST-134. Programa Talent HUB


La generación de energía a partir de fuentes ambientales ha generado un enorme interés pues ofrece una slución energética para aplicaciones de bajo consumo tales como sensores inalámbricos, dispositivos portátiles, implantes biomédicos o dispositivos de monitorización estructural o medioambiental. Por ejemplo, se considera que el número de dispositivos de uso diario conectados a internet se estima 50.000 millones para el año 2020. La mayoría de estos dispositivos (“internet of things”) son de un tamaño muy reducido o se encuentran integrados en otros equipos mayores.  La manera más sostenible de proporcionar energía a estos dispositivos es la autogeneración, de tal manera que no sea necesario recargarlos durante toda su vida útil. En este sentido, la generación de energía a partir de vibraciones ambientales es particularmente atractiva pues es una fuente de disponibilidad casi ilimitada y extraordinariamente barata al producirse por fuentes tales como las partes móviles de equipos, fluidos o incluso personas. Los generadores piezoeléctricos de escala nanométrica, también conocidos como nanogeneradores, son capaces de convertir vibraciones a pequeña escala en energía eléctrica, y por tanto son candidatos para reemplazar baterías que requieran una recarga constante, las cuales no se redimensionan con facilidad a muy pequeño tamaño   La generación de energía mediante nanogeneradores piezoeléctricos es una tecnología emergente y esta propuesta se basa en la preparación de materials novedosos polímero-cerámica con propiedades piezoeléctricas que puedan utilizarse para diseñar dispositivos baratos, medioambientalmente limpios y que se puedan integrar fácilmente como nanogeneradores en dispositivos electrónicos.


Síntesis y propiedades de nanopartículas luminiscentes para aplicaciones biomédicas


01-10-2014 / 30-09-2016



Investigador Principal: Alberto Escudero Belmonte
Organismo Financiador: Junta de Andalucia
Código: TAPOST-234


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


1-07-2014 / 30-06-2016



Investigador Principal: Hernán Míguez García
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: FP7-PEOPLE-2013-IIF Marie Curie Actions

Equipo de Investigación: Yuelong Li

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.


Desarrollo de procesos de combustión catalítica de hidrógeno y estudio de su integración en dispositivos para aplicaciones portátiles


16-05-2014 / 15-05-2016



Investigador Principal: Asunción Fernández Camacho
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P12-TEp-862

Equipo de Investigación: Julián Martínez, Gisela Arzac, Dirk Hufschmidt, Joaquín Ramírez, M.Carmen Vera, Vanda Godinho, Lionel Cervera, T.Cristina Rojas, Olga Montes, Mariana Paladini, Jaime Caballero-Hernández

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. La producción y el uso de la energía basada en la tecnología del hidrógeno es de especial relevancia en pequeña escala para aplicaciones portátiles (y potencialmente escalable para aplicaciones estacionarias). En el presente proyecto se abordará el estudio del proceso de combustión catalítica o controlada de hidrógeno en los distintos aspectos que puedan conducir a una configuración final integrada con un sistema de generación de H2 en aplicaciones portátiles. Para ello se aprovecharán las sinergias integrando investigadores de dos grupos del PAI: i) Del grupo TEP217, especialistas en almacenamiento y generación de hidrógeno en sistemas basados en hidruros metálicos, hidruros complejos y composites de hidruros reactivos; así como en el uso de catalizadores y aditivos para controlar y mejorar las cinéticas de estos procesos. ii) Del grupo FQM342, especialistas en la obtención de cerámicos porosos de alto interés como soportes de catalizadores en entornos agresivos de combustión. Además la colaboración se completa con la participación de la empresa Abengoa Hidrógeno S.A. que participa en calidad de subcontratada como especialistas en sistemas de producción y almacenamiento de hidrógeno.
En particular se trabajará en este proyecto en las siguientes líneas de actuación:
1.- Desarrollo de catalizadores y soportes para la combustión controlada. Típicamente cerámicas porosas biomórficas de carburo de silicio y catalizadores clásicos tipo metal noble y nuevos catalizadores de bajo coste a desarrollar en el proyecto.
2.- Desarrollo de los reactores necesarios para el estudio de la combustión controlada. Típicamente para flujos de hidrógeno de unos pocos ml/min y para la escala de un generador de H2 ya disponible de 0.5 a 1.5 L/min.
3.- Acoplamiento al sistema de combustión controlada de los sistemas portátiles de generación de hidrógeno que hemos desarrollado en proyectos anteriores.
4.- Aplicación de la tecnología de pulverización catódica de una manera exploratoria en este proyecto para depositar los catalizadores de combustión catalítica en sustratos porosos.
5.- Caracterización microestructural y química de los soportes y catalizadores en la nanoescala para seguir los procedimientos de síntesis y evolución en operación.
 


Estudio de la inmovilización de metales pesados por micas de alta carga sintéticas organofuncionalizadas: pruebas a escala de laboratorio


16-05-2014 / 16-02-2019



Investigador Principal: María Dolores Alba Carranza
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P12-FQM-567


El tema central del proyecto aborda la exigencia tecnológica mediambiental 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 crecientes en los planes de I + D + i de los últimos años. Es en este escenario donde debe encuadrarse el presente proyecto y en concreto en el marco de la gestión de cationes de metales pesados, tema de elevado interés social en la presente década.

Desde la segunda mitad del siglo XX la Humanidad se ha enfrentado a un enorme desarrollo científico y tecnológico que es el responsable de un incremento de la contaminación mediambiental. Como ejemplo podemos mencionar dos problemas que en la actualidad son motivos de preocupación y actuación de la Junta de Andalucía: contaminación de los litorales andaluces y las aguas residuales urbanas. Por tanto, estamos ante un problema complejo en el que los agentes contaminantes son variados, las fuentes de procedencia son diversas y las vías o rutas seguidas por los distintos contaminantes, frecuentemente, escapan al control necesario para evitar efectos indeseados sobre el entorno natural y urbano. Es por ello, que se demanda una investigación a nivel básico y aplicado de los mecanismos necesarios para la inmovilización de dichos cationes nocivos.

Los objetivos y alcance de este proyecto se basan en los avances llevados a cabos por otros grupos de investigación de la gestión de estos tipos de contaminantes y en los últimos resultados de la investigación llevada a cabo por el equipo de investigación que han permitido el diseño de silicatos laminares expansibles de alta carga con especiales propiedades como precursores para la retención de residuos nocivos. Por tanto, se propone en este proyecto la organofuncionalización de dichas micas sintéticas con grupos tioles o con cationes de alquilamonio de longitud de cadena variable y la evaluación de su capacidad de adsorción y retención irreversible de metales pesados.


Síntesis y caracterización de materiales cerámicos no oxídicos obtenidos por descomposición de precursores poliméricos


16-05-2014 / 15-05-2016



Investigador Principal: Pedro E. Sánchez Jiménez
Organismo Financiador: Junta de Andalucia
Código: TEP-1900

Equipo de Investigación: Antonio Perejón Pazo, Cristina García Garrido

En los últimos años se ha incrementado sustancialmente el interés por las cerámicas derivadas de polímeros debido al amplísimo abanico de potenciales propiedades que presentan. Este tipo de cerámicas son más conocidas por las siglas PDC (polymer derived ceramics). Estos materiales se obtienen como producto de la descomposición térmica de un precursor polimérico, que deja como residuo una cerámica, habitualmente de naturaleza no oxídica, de tipo SiC, Si3N4, BN, etc. Las PDCs presentan una serie de propiedades termomecánicas y eléctricas de gran interés, así como una elevada resistencia a la temperatura y a la oxidación que los hacen muy adecuados para aplicaciones en condiciones extremas. Así, se han propuesto numerosas aplicaciones que abarcan desde la nanotecnología a la aeronáutica. Una importante ventaja es que dichas propiedades dependen en gran medida de las características químicas del precursor polimérico de partida así como del procedimiento de conversión en cerámica. Por tanto, es posible dirigir las propiedades de la cerámica final seleccionando cuidadosamente el precursor y las condiciones experimentales de ceramización. Además, las temperaturas necesarias para obtener materiales cerámicas por esta vía son relativamente suaves si se comparan con las necesarias mediante procesado cerámico convencional por consolidación de polvos cerámicos. Sin embargo, estos materiales presentan una limitación para ciertas aplicaciones debido a que durante la transformación en cerámica se producen defectos o fracturas que pueden llegar a hacer inservible el material. A pesar de su importancia, existen pocos estudios sistemáticos en los que se haya abordado la influencia de las condiciones de preparación en las propiedades finales de las cerámicas. En concreto, se planea utilizar los métodos de control inteligente de temperatura para el procesado de estos precursores poliméricos precerámicos. Esta metodología permite controlar con gran precisión las condiciones experimentales y ha demostrado ser muy útil para de controlar la estructura y microestructrura de productos preparados a partir de transformaciones térmicas de precursores. Así mediante el uso de los métodos de control inteligente de temperatura pretendemos obtener PDC libres de defectos, estudiar la influencia de las condiciones de la preparación en la nanoestructura de los productos y ahondar en el conocimiento de los procesos de conversión polímero-cerámica. Los productos obtenidos se caracterizarán en cuanto a su nanoestructura y propiedades, en particular la piezoresistividad, porosidad, capacidad de inserción de litio y la resistencia a la oxidación. 


Unidad altamente optimizada para un Sistema solar sostenible y mejorado


03-02-2014 / 31-12-2017



Investigador Principal: Hernán Míguez García
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: RTC-2014-2333-3 (Programa Retos)

Equipo de Investigación: Juan Francisco Galisteo López, José María Miranda Muñoz

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)


30-01-2014 / 29-01-2017



Investigador Principal: José Cotrino Bautista
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P12-FQM-2265 (Proyecto de Excelencia)

Equipo de Investigación: Francisco José García García, Jorge Gil Rostra, Richard M. Lambert, Manuel Macías Montero, Alberto Palmero Acebedo, Victor Rico Gavira

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.


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


01-01-2014 / 31-12-2017



Investigador Principal: Agustín R. González-Elipe
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2013-40852-R

Equipo de Investigación: 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

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.     


Desarrollo de catalizadores biomórficos obtenidos a partir de biomasa residual para producción de hidrógeno y refino de bio-oil


1-01-2014 / 31-12-2018



Investigador Principal: Miguel Angel Centeno Gallego
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: ENE2013-47880-C3-2-R

Equipo de Investigación: María Isabel Dominguez Leal, Carlos López Cartes, Leidy Marcela Martínez Tejada, Svetlana Ivanova

El objetivo principal del presente proyecto coordinado entre las universidades de Zaragoza y el Instituto de Ciencias de Materiales de Sevilla es el desarrollo de catalizadores metálicos soportados en carbones biomórficos (CB), para su posterior aplicación a procesos de producción de hidrógeno y de refino de bio-oil. La técnica de Mineralización Biomórfica es una innovadora herramienta capaz de sintetizar materiales inorgánicos funcionales utilizando como plantilla diversas estructuras formadas en procesos biológicos. Así, a partir de materiales lignocelulósicos (biomasa) se puede preparar una gran variedad de materiales cerámicos microestructurados. No obstante, la replicación de los distintos niveles jerárquicos existentes en los tejidos biológicos sigue siendo un gran reto a día de hoy. Para avanzar en esta línea, en este proyecto se va a abordar el estudio de la síntesis, caracterización y aplicación de catalizadores metálicos soportados en carbón biomórfico (Me/CB), con distribuciones de tamaño homogénea y porosidad jerarquizada.
La preparación de estos materiales se realiza mediante descomposición térmica en atmósfera reductora (o inerte) a alta temperatura, y elevadas velocidades de calentamiento, de un material lignocelulósico (e.g. celulosa, lignina, papel) impregnado con los precursores metálicos catalíticos. De esta manera, en una sola etapa, se obtiene un soporte carbonoso biomórfico con nanopartículas de metal dispersas en su superficie. Este método de síntesis presenta una extraordinaria versatilidad, puesto que además de poder utilizar diferentes materias primas de partida, se pueden obtener catalizadores de muy distintas composiciones y contenidos metálicos, así como su estructuración en dispositivos monolíticos y espumas. Como materias primas, además de celulosa, lignina o papel, se van estudiar biomasas agrícolas residuales.
Los catalizadores tipo Me/CB se pretenden aplicar en procesos de producción de hidrógeno (descomposición de hidrocarburos ligeros, de amoniaco y deshidrogenación de ácido fórmico), en la reacción de Water-Gas-Shift (WGS), y en distintas reacciones test de refino de bio-oil (conversión de acético a acetona, hidrogenación de vainillina y ciclohexeno y conversión de m-cresol a fenol).
 


Filtros Bio-cerámicos para partículas en motores diesel


01-01-2014 / 31-12-2016



Investigador Principal: Julián Martínez Fernández / Ricado Chacartegui
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2013-41233-R (Programa Retos)

Equipo de Investigación: José Antonio Becerra Villanueva, Alfonso Bravo León, Manuel Jiménez Melendo, Antonio Ramírez de Arellano López, Joaquín Ramirez Rico, Francisco Varela Feria

La importancia del control de las emisiones de partículas en  motores diésel es fundamental dados el  volumen global  de los mismos y el impacto medioambiental y económico asociado. Los sistemas de control de partículas basados en modificaciones del proceso de combustión en el motor no son suficientes para alcanzar las exigencias normativas actuales, y menos las futuras, y por tanto necesariamente hay que emplear sistemas de postratamiento como los filtros. Existe un amplio margen de mejora de los mismos tanto en fiabilidad, control de la degradación de prestaciones, durabilidad, operación multicombustible y reducción de costes.

En el presente proyecto se abordará el desarrollo y fabricación de un filtro de partículas regenerativo en motores diésel que mejore las especificaciones de los sistemas actuales, basado en una nueva generación de materiales cerámicos bioderivados, y que integre sistemas para la combustión de partículas. Para ello se aprovecharán las sinergias integrando investigadores del: i) Grupo Maquinas y Motores Térmicos, GMTS, especialistas en motores de combustión interna 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.

Se trabajará en las siguientes líneas:

-Determinación de rutas de procesado para el desarrollo de elementos filtrantes con propiedades físico‐químicas idóneas, en base a los conocimientos previos en materiales bioderivados y nuevas tecnologías relativas al uso de geles de SiO2.
-Determinación de catalizadores idóneos y sistemas para su deposición.
-Fabricación de los elementos filtrantes constituidos de soporte poroso más catalizador.
-Caracterización exhaustiva de las propiedades microstructurales y físico-químicas de interés para la aplicación.
-Desarrollo de sistemas de activación para la regeneración del filtro.
-Diseño y fabricación de los filtros con geometría idónea y dimensiones prototipo.
-Diseño de la unidad piloto y estudio de la integración y operación sobre el motor de referencia.
-Diseño final del filtro para su instalación industrial.

Estudios previos desarrollados por MBM en estos materiales bioderivados han demostrado su potencialidad como elementos filtrantes de gas a altas temperaturas en plantas de gasificación de carbón, lo que avala el éxito de este proyecto, que abordará las mejoras necesarias para desarrollar la tecnología en las condiciones de combustión de los motores diésel, bajo condiciones dinámicas en vehículos y filtros regenerativos.

Una reducción de contaminantes en las emisiones de los motores diésel tendría un gran impacto medioambiental, para la salud y económico, debido a los cerca de 100 millones de vehículos diésel circulando en Europa y una industria vinculada con más de 2 millones de empleos directos y tendencia creciente en el mercado. Este proyecto aborda el Reto Social 3 del Horizonte 2020, Energía segura, limpia y eficiente. Además el uso de materiales biocerámicos permite la sustitución de los elementos metálicos empleados en la actualidad, por lo que también se alinea  con el Reto Social 5 del Horizonte 2020 en la búsqueda de alternativas a las materias primas esenciales en aplicaciones ya existentes reduciendo la dependencia de importaciones y sostenibilidad de las aplicaciones.


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


1-01-2014 / 31-12-2016



Investigador Principal: Ana Isabel Borrás Martos
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2013-42900-P

Equipo de Investigación: José Cotrino Bautista, Ricardo Molina Mansilla, Juan Pedro Espinós Manzorro, Ana Isabel Borrás Martos, Angel Barranco Quero

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.


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


02-12-2013 / 31-12-2015



Investigador Principal: Angel Barranco Quero
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: RECUPERA2020 - 1.4.2

Equipo de Investigación: Ana Isabel Borrás, Francisco Yubero, José Cotrino, Juan Pedro Espinós, Juan Ramón Sánchez Valencia, Francisco Javier Aparicio Rebollo

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


2-12-2013 / 31-12-2015



Investigador Principal: José Cotrino Bautista
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: RECUPERA2020 - 2.2.3

Equipo de Investigación: Ana María Gómez Ramírez, Antonio Méndez Montoro de Damas

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


2-12-2013 / 31-12-2015



Investigador Principal: Agustín R. González-Elipe
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: RECUPERA2020 - 1.4.1

Equipo de Investigación: 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

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.


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


16-05-2013 / 15-05-2016



Investigador Principal: Angel Barranco Quero
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P11-TEP-8067 (Proyecto de Excelencia Motriz)

Equipo de Investigación: 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

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.


Obtención de bioplásticos tipo polihidroxialcanoato (PHA) de cadena larga a partir de desechos de epidermis de frutos comerciales


16-05-2013 / 15-05-2016



Investigador Principal: José Jesús Benítez Jiménez
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P11-TEP-7418 (Proyecto de Excelencia)

Equipo de Investigación: Antonio Heredia Bayona, Miguel Angel San Miguel Barrera, Jaime Oviedo López, J. Alejandro Heredia Guerrero, Santiago Domínguez Meister, Daniel Aguilera Puerto, Francisco Javier Navas Martos, José Manuel de la Torre Ramírez

El presente proyecto de investigación tiene por objeto el estudio de la viabilidad de la implementación de un proceso a escala planta piloto que permita obtener un material bioplástico a partir de una materia prima asequible y de bajo coste como son los desechos de pieles (epidermis) de frutos. La oportunidad de la propuesta parte de proponer un nuevo tipo de material polimérico completamente inocuo, biodegradable y ecológico como sustituto de plásticos tradicionales obtenidos a partir del petróleo que conllevan un serio problema medioambiental, tanto en su producción industrial como en su posterior desecho. Por otro lado, el concepto de sostenibilidad medioambiental se extiende no sólo a la biodegradabilidad del producto final y al bajo impacto del proceso de producción propuesto, también a su obtención a partir de un recurso vegetal que no se retrae de la cadena alimenticia animal y humana, como es el caso de los bioplásticos que se vienen fabricando actualmente a partir de maíz o patata. Por otro lado, y en nuestro ámbito territorial andaluz, la materia prima es especialmente accesible dado el volumen de la actividad agroalimentaria. En este mismo sentido, el nuevo bioplástico podría paliar un importante problema de eliminación de residuos plásticos en explotaciones agrarias ya que se concibe como plenamente compostable y, por tanto, capaz de generar biomasa asimilable por la siguiente generación de plantas. El producto propuesto viene, además, a completar la gama de polihidroxialcanoatos (PHA) a los miembros de la serie obtenidos a partir de polihidroxiácidos de cadena larga. Las propiedades singulares de esta nueva familia puede ser un buen complemento de los ya conocidos y podría dar lugar a aplicaciones novedosas y de mayor valor añadido.


Preparación por molienda reactiva de nanocomposites de interés tecnológico


16-05-2013 / 31-03-2018



Investigador Principal: Luis A. Pérez Maqueda
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P11-TEP-7858 (Proyecto de Excelencia)

Equipo de Investigación: José Manuel Criado Luque, María Jesús Diánes Millán, José Luís Pérez Rodríguez, Juan Poyato Ferrera, Pedro Enrique Sánchez Jiménez, Antonio Perejón Pazo

Los materiales compuestos nanométricos o nanocomposites presentan un gran interés tecnológico y académico. Estos materiales están constituidos por dos o más fases diferentes con un grado de interacción nanométrico pues una de las fases presenta al menos una dimensión menor de 100 nm. Ello les confiere unas propiedades que no se pueden conseguir con composites o materiales convencionales. En el presente proyecto se propone el uso de la molienda reactiva para obtener nanocomposites de diversa naturaleza. Esta estrategia es sostenible desde el punto de vista medioambiental a la vez que sencilla de aplicar y escalar. Para este propósito se pretende desarrollar, con la imprescindible colaboración de la empresa andaluza de ingeniería mecánica MC2, un molino planetario de alta energía con características específicas y únicas con respecto a los equipos actualmente disponibles en el mercado. Dicha empresa llevará a cabo además un estudio de las fuerzas que operan sobre la muestra en función de las variables operacionales del molino, lo que contribuirá a una mjor comprensión del mecanismo de las reacciones mecanoquímicas. Se llevará a cabo la síntesis por molienda reactiva de dos tipos de nanocomposites: a) nanocomposites de cobre reforzado tanto con inclusiones cerámicas como por precipitación a partir de aleaciones en base de cobre preparadas por aleado mecánico y b) nanocomposites tanto de zirconia parcialmente estabilizada (PSZ) como de zirconia totalmente estabilizada (TSZ) reforzada con alúmina. En este último caso, se propone para la sinterización de los polvos cerámicos, preparados por molienda reactiva, un método novedoso que implica calentar la muestra a la vez que se somete a un campo eléctrico. Con este procedimiento se espera una reducción drástica de la temperatura requerida para la compactación total de la zirconia. El estudio de la cinética de sinterización bajo los efectos de un campo eléctrico se llevará a cabo mediante un equipo a desarrollar en el proyecto a partir de un dilatómetro que se modificará de modo que permita seguir la evolución de la dimensión de la muestra en función de la temperatura estando ésta sometida a un campo eléctrico.


Aprovechamiento de CO2 para la obtención de gas de síntesis en catalizadores


01-02-2013 / 31-01-2017



Investigador Principal: Miguel Angel Centeno Gallego
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P11-TEP-8196 (Proyecto de Excelencia)

Equipo de Investigación: Svetlana Ivanova, Maria Isabel Domínguez Leal, José Antonio Odriozola Gordón, Tomás Ramírez Reina, Francisca Romero Sarria

Hoy en día no existen dudas acerca de que la concentración de gases de efecto invernadero, en particular la de CO2, está aumentando de manera considerable en la atmósfera terrestre. Para evitar este aumento continuado se debe aumentar la eficiencia en la producción de energía, disminuir la intensidad del uso de las fuentes fósiles y, finalmente, potenciar la captura y secuestro del CO2. Todo esto debe conseguirse manteniendo el crecimiento económico y la calidad de vida. En consecuencia, si tenemos en cuenta el desarrollo de las naciones menos industrializadas y el intensivo consumo energético necesario para aumentar su nivel de vida, la captura y secuestro de CO2 parece la alternativa más favorable.
En el presente proyecto se propone la utilización del CO2 como materia prima para el reformado de gas natural como paso previo a la obtención de combustibles líquidos sintéticos. Usando tecnologías convencionales, esta propuesta sólo es económicamente viable asociada a grandes reservas de gas natural. Sin embargo, la tecnología de microcanales permite abordar la síntesis de combustibles sintéticos de forma discontinua y con capacidad de producción flexible de modo económicamente viable. Para ello, es necesario el diseño, caracterización y ensayo de catalizadores activos, selectivos y estables en la reacción de reformado de metano con vapor y CO2:

CO2 + 3CH4 + 2H2O  → 4CO + 8H2

La selección de estos catalizadores culminará con la estructuración de los mismos utilizando soportes metálicos con microcanales paralelos (micromonolitos) a fin de establecer las condiciones necesarias para, en un futuro, la construcción de reactores de microcanales.


Aprovechamiento de gas no convencional: Reactores de microcanales en GTL


01-01-2013 / 31-12-2015



Investigador Principal: José Antonio Odriozola Gordón
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: ENE2012-37431-C03-01

Equipo de Investigación: Svetlana Ivanova, Anna Dimitrova Penkova, Tomás Ramírez Reina, Sandra Palma del Valle, Ara Muñoz Murillo, María Isabel Domínguez Leal, Francisca Romero Sarria

Existen en la actualidad fuentes de gas que podríamos agrupar bajo el calificativo de no-convencional que incluyen el que se encuentra confinado en formaciones geológicas de baja permeabilidad, el gas asociado al crudo, los pequeños yaciemientos en lugares remotos, el biogas producido en la digestión anaerobia de residuos y los denominados product gas generados en la gasificación de biomasa y en la combustión de alquitran. La composición de todas estas fuentes de gas es similar estando constituidas por una mezcla de metano y dióxido de carbono con cantidades inferiores de otros gases permanentes. La concentración de CO2 puede llegar a ser de hasta el 40% en volumen como ocurre con el gas asociado de algunos campos off-shore y el biogas producido por fermentación de residuos agrícolas. La valorización de este gas mediante el proceso GTL (Gas to Liquid) es una alternativa cuando su localización remota o distante de los gaseoductos no permite ser agregado a las fuentes convencionales o no puede ser consumido in situ, ya que los combustibles líquidos son más fáciles de almacenar y transportar y tienen aplicación directa en el transporte.
La tecnología GTL convencional no es aplicable ya que su viabilidad económica exige instalaciones y suministros a una escala elevadísima. Por ello, se está desarrollando esa misma tecnología en reactores de microcanales de pared catalítica que consiguen incrementar de forma notable el rendimiento de las unidades de producción de gas de síntesis y síntesis de Fischer-Tropsch (SFT), al poder trabajar con elevadas velocidades espaciales, mejorando el control de la temperatura y con ello de la selectividad y la seguridad del proceso; además, la naturaleza modular basada en la replicación de unidades simplifica de forma considerable el escalado del proceso, adaptándose bien a unidades de producción de gas no convencional que, por lo general, no son grandes.
En el presente proyecto se pretende desarrollar la tecnología de microcanales para el proceso GTL utilizando mezclas metano-dióxido de carbono para simular las fuentes de gas no convencional. Los estudios que hemos venido realizando sobre reactores de microcanales deberán ampliarse a condiciones de presión y temperatura más drásticas, lo que debe permitir validar y mejorar la selección de materiales para la construcción y las técnicas de unión.
La aplicación de esta tecnología requiere el desarrollo de nuevos catalizadores activos, selectivos y estables que se adapten a los procesos GTL en reactores de microcanales. Se diseñarán catalizadores para el reformado al vapor, el reformado seco y la oxidación parcial de metano para la producción de gas de síntesis, así como catalizadores SFT. Se construirán reactores de microcanales para el ensayo de dichos catalizadores, se obtendrán las ecuaciones cinéticas de los catalizadores seleccionados y se modelarán y simularán los reactores construidos.
 


Desarrollo de nuevos materiales y procesos para la generación y uso del hidrógeno principalmente en aplicaciones portátiles


01-01-2013 / 31-12-2015



Investigador Principal: Asunción Fernández Camacho
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: CTQ2012-32519

Equipo de Investigación: Gisela Arzac, Jaime Caballero, Lionel Cervera, Vanda Fortio, Carlos Negrete, Dirk Hufschmidt, Cristina Rojas Ruiz, Roland Schierholz

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 el presente proyecto se abordará el estudio de los distintos procesos que conducen a la configuración final integrada de sistemas de generación y uso del hidrógeno principalmente en aplicaciones portátiles (y potencialmente escalables para aplicaciones estacionarias). En particular se trabajará en este proyecto en las siguientes líneas de actuación:
a) Investigación en nuevos compuestos ligeros para su uso en procesos de generación de hidrógeno en pequeña escala por vía química (hidrólisis). Típicamente reacciones de hidrólisis de borohidruros (i.e. NaBH4) y compuestos tipo borano de amoníaco, hidrazinas ó borano hidrazina. Este area incluye el desarrollo de catalizadores en la nanoescala utilizando métodos de vía húmeda para su síntesis: Nanoestructuras metal-metaloide (tipo Co-B, Co-B-P y similares) y catalizadores bimetálicos (que incluyan ó no metaloide) de bajo coste potenciando efectos sinérgicos (tipo CoRu, NiPt ó Co-Ru-B). Incluye también el desarrollo de reactores portátiles para estos procesos y el desarrollo de nuevos sustratos y monolitos, estudios de adherencia del catalizador y durabilidad.
b) Investigación en nuevos sistemas anfitrión-huésped (host-guest) que contengan hidrógeno para el almacenamiento reversible (carga/descarga). Principalmente soportes (anfitrión) porosos del tipo “nanoscaffolds” (basados en C ó BN) infiltrados con borohidruros (huésped) (i.e. borohidruro de titanio) típicamente utilizados para el almacenamiento reversible de hidrógeno. Estos nuevos materiales deben presentar cinéticas de carga y descarga mejoradas.
c) Estudios de acoplamiento de un sistema generador de hidrógeno de bajo coste a una celda de combustible. Típicamente un reactor continúo para la hidrólisis del NaBH4 con catalizador Co-B que suministra H2 en condiciones de flujo constante para alimentar directamente una pila de combustible tipo PEM de 60 W.
d) Estudios fundamentales para el desarrollo de catalizadores y soportes para la combustión controlada de hidrógeno. Es una línea nueva en el grupo de investigación que se basa en preparar por vía húmeda catalizadores nanoparticulados de metal noble sobre soportes comerciales de cerámicas porosas (tipo SiC). Incluye el diseño de un reactor para el estudio en escala laboratorio de la producción de calor por combustión controlada de hidrógeno.
e) Desarrollo de la tecnología de pulverización catódica (“magnetrón sputtering”) para la preparación de catalizadores y nano-estructuras sobre diversos sustratos de aplicación en los procesos desarrollados en los apartados anteriores. El grupo tiene una amplia experiencia en esta tecnología que se aplicaría de manera novedosa en este proyecto permitiendo una gran versatilidad en cuanto a la nanoestructura, composición y aditivos para mejorar la actividad, durabilidad y selectividad de los catalizadores.
f) Caracterización microestructural y química de los nuevos materiales y catalizadores desarrollados en el proyecto. Se trata típicamente de materiales con una nanoestructura controlada en donde las modernas técnicas nanoscopicas van a jugar un papel fundamental en la fabricación a medida de estos materiales.
 


Arquitecturas SOFC innovadoras basadas en operación "Triodo"


01-09-2012 / 29-02-2016



Investigador Principal: Agustín R. González-Elipe
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: FCH-JU-2011-1

Equipo de Investigación: 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

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.

http://cordis.europa.eu/project/id/298300/es


Capas nanoestructuradas tribológicas para funcionamiento en vacío o atmósfera variable


01-01-2012 / 31-12-2014



Investigador Principal: Juan Carlos Sánchez López
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2011-29074-C02-01

Equipo de Investigación: Cristina Rojas Ruiz, Carlos López Cartes (US), Francisco Javier Pérez Trujillo (UCM)

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


01-01-2012 / 30-11-2017



Investigador Principal: Hernán R. Míguez García
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: (FP7/2007-2013)/ERC Grant Agreement No. 307081 (POLIGHT)


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.
 


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


01-01-2012 / 31-12-2014



Investigador Principal: Hernán R. Míguez García
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2011-23593

Equipo de Investigación: Nuria Nuñez Alvarez, Mauricio Calvo Roggiani, Carmen López López, Sonia Rodríguez Liviano, Manuel Ocaña Jurado, Silvia Colodrero Pérez, José Raúl Castro Smirnov

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.
 


Desarrollo de recubrimientos nanoestructurados protectores para su uso en condiciones extremas (NANOPROTEXT)


01-01-2012 / 31-12-2014



Investigador Principal: Juan Carlos Sánchez López
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2011-29074-C02-01

Equipo de Investigación: T. Cristina Rojas Ruiz; Francisco Javier Pérez Trujillo;Maria del Pilar Hierro de Bengoa;Germán Alcalá Penades; Maria Sonia Mato Díaz; Marta Brizuela; Pablo Corengia; José Luis Viviente; Alberto García;Daniel González

En muchas operaciones industriales, los componentes de las maquinas o piezas que están en contacto se hallan sometidos a condiciones extremas de carga, fricción, temperatura o atmósfera variable. La investigación dirige sus esfuerzos hacia al desarrollo de nuevos recubrimientos multicomponentes capaces de aumentar su eficiencia protegiendo su superficie contra el desgaste y la oxidación, que ocasionan fallos ulteriores de funcionamiento. Mediante el control del tamaño y distribución de las fases componentes, la composición química y su microestructura en el rango nanométrico es posible obtener propiedades multifuncionales tales como baja fricción, dureza y estabilidad térmica.
En este proyecto se propone el desarrollo de tres tipos de recubrimientos nanoestructurados mediante el proceso de magnetron sputtering para aplicaciones protectoras en condiciones extremas o singulares de funcionamiento (presión, temperatura, atmósferas oxidantes, vacío, etc). Los sistemas elegidos comprenden cristales de materiales duros (nitruros o carburos) combinados con una segunda fase o elemento que mejore su comportamiento. De este modo se ensayarán recubrimientos nanocomposite formados por nanocristales de WC dispersos en una segunda fase amorfa de tipo calcogenuro (WS2 or WSe2) para su uso como lubricante sólido en aplicaciones espaciales o bajo atmósferas inertes. En el segundo caso, Y ó Zr serán usados como elementos dopantes dentro de recubrimientos de CrAlN con objeto de incrementar la resistencia a la oxidación a baja y alta temperatura, y el comportamiento tribológico, muy válido en numerosos sectores industriales tales como (herramientas de mecanizado, metalúrgico, aeronaútico, automoción, etc.). Finalmente, se desarrollaran recubrimientos nanocomposite duros y transparentes basados en la familia del Al-Si-N para protección de sistemas ópticos.
En todos los casos, el proyecto comprende su síntesis, caracterización estructural y química, así como su validación práctica en ensayos tribológicos y de oxidación que simulan las condiciones finales de operación. En el caso concreto de las capas duras y transparentes también se evaluarán sus propiedades ópticas. El estudio de la relación existente entre la microestructura y las propiedades medidas será un objetivo esencial puesto que permitirá una mayor comprensión de los mecanismos de actuación, y por ende, la optimización de tales sistemas nanoestructurados para su mejor aprovechamiento tecnológico.
 


Desarrollo de sistemas catalíticos nanoestructurados preparados mediante métodos sol-gel y de deposición fotoquímica para aplicaciones energéticas y medioambientales (NanoFotoCat)


01-01-2012 / 31-12-2014



Investigador Principal: Alfonso Caballero Martínez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencie e Innovación
Código: ENE2011-24412

Equipo de Investigación: Gerardo Colón Ibáñez, Juan Pedro Holgado Vázquez, Sergio Obregón Alfaro, Rosa María Pereñiguez Rodríguez, Fátima Ternero Fernández

En el presente proyecto se plantea el desarrollo de una serie de catalizadores nanoestructurados basados en metales de transición tales como Ni, Cu, Au o Pd, y depositados en soportes activos (TiO2, CeO2, WO3, Fe2O3 y soportes mesoporosos como SBA-15 dopado con titania y ceria). Se utilizarán métodos de preparación convencionales (impregnación, deposición-precipitación, etc.), junto con procedimientos de síntesis de desarrollo más reciente, como métodos sol-gel y, muy especialmente, el denominado Fotodeposición Asistida Fotoquímicamente (Photochemical Assisted Deposition, PAD). De esta forma, esperamos controlar de manera rigurosa a la escala nanométrica tanto el tamaño de la partícula metálica y/o bimetálica, como la interacción metal-soporte. En el caso concreto del método PAD, uno de los objetivos principales del proyecto es el estudio y la optimización de las variables del proceso de deposición de manera que, además de controlar el tamaño de la partícula metálica desde diámetros en torno a 15nm hasta sistemas atómicamente dispersos sobre soportes activos como ceria o titania, nos permita diseñar la distribución de los metales en la partícula metálica, haciendo uso de procesos controlados de fotodeposición consecutivos y/o simultáneos de los metales. Esta metodología debe permitir la obtención de distribuciones metálicas de tipo core-shell o aleadas, lo que como es conocido, puede llegar a afectar de manera fundamental a las prestaciones catalíticas. Estas prestaciones serán comprobadas en diferentes reacciones de interés energético y/o medioambiental, tanto en fase gas como en fase líquida. Así, los sistemas basados en niquel y oro se utilizarán en las reacciones de reformado húmedo y seco de metano (Steam and Dry Methane Reforming, SRM/DRM) y la oxidación selectiva de CO (Preferential Oxidation of CO, PROX), respectivamente. Los sistemas mono y bimetálicos basados en paladio y paladio-oro serán utilizados para la optimización de la reacción de síntesis directa de agua oxigenada a partir de hidrógeno y oxígeno, realizada en fase líquida a alta presión. La correlación entre el estado físico-químico y la reactividad de los sistemas catalíticos nos permitirá aclarar aspectos fundamentales de los mecanismos de las reacciones heterogéneas propuestas.


Diseño por procedimientos mecanoquímicos de materiales estructurales para aplicaciones tecnológicas de alta temperatura


01-01-2012 / 31-12-2014



Investigador Principal: Francisco José Gotor Martínez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2011-22981

Equipo de Investigación: M. Jesús Sayagués de Vega, Concepción Real Pérez, M. Dolores Alcalá González, Pedro José Sánchez Soto, José Manuel Córdoba Gallego, Ernesto Chicardi Augusto

Los carburos, nitruros y boruros de los metales de transición son componentes esenciales de un gran número de materiales compuestos empleados para fines estructurales y de protección a altas temperaturas. Esto es debido a una excelente combinación de propiedades físicas y químicas que les confiere una buena resistencia mecánica, al desgaste, a la oxidación y a la corrosión. Los materiales basados en estos compuestos refractarios se vienen diseñando con un importante carácter multifásico, condicionado por la alta multifuncionalidad que se les exige y por la imposibilidad de alcanzar las propiedades requeridas a partir de un único compuesto.

Durante el procesado de estos materiales es frecuente observar importantes gradientes de composición e interacciones entre las distintas fases constitutivas que dificultan alcanzar las propiedades deseadas. En el presente proyecto, pretendemos abordar un nuevo diseño para este tipo de materiales consistente en incorporar la mayor parte de sus componentes esenciales como soluciones sólidas complejas. Esto permitirá reducir el número final de fases en el material y obtener con mayor garantía de éxito las propiedades preestablecidas para las diversas aplicaciones tecnológicas. Para ello, planteamos una nueva ruta de síntesis basada en el proceso mecanoquímico denominado reacción de auto-propagación inducida mecánicamente (MSR), ya que nuestro grupo ha demostrado que este método permite obtener de manera sencilla soluciones sólidas pertenecientes a los sistemas MT-B-C-N con un elevado control de la estequiometría. El objetivo principal del presente proyecto consiste en incorporar el método MSR a la metodología empleada para el desarrollo de materiales constituidos por soluciones sólidas que puedan ser utilizados en aplicaciones de alta temperatura. Se pretende caracterizar adecuadamente las propiedades de los materiales obtenidos y compararlas con aquellos fabricados con la metodología hasta ahora empleada.


Estudio de las interacciones intermoleculares entre hidroxiacidos carboxilicos de cadena larga como modelo para el diseño de poliesteres biomimeticos


01-01-2012 / 31-12-2014



Investigador Principal: José Jesús Benítez Jiménez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: CTQ2011-24299

Equipo de Investigación: Alejandro Heredia Guerrero, Miguel Angel San Mibuel Barrera, Jaime Oviedo López, Miguel Salmerón Batalle

El objetivo de este proyecto de investigación es el estudio y determinación de las interacciones que se ponen de manifiesto entre las moléculas de ácidos carboxílicos lineales de cadena larga en función del nivel y tipo de funcionalización con grupos hidroxilos. Para ello se proponen sistemas modelos basados en capas autoensambladas de estas moléculas sobre un soporte plano de baja energía de interacción para que sean las propias interacciones intrermoleculares las que condicionen la estructura del empaquetamiento. La metodología de estudio de estos sistemas confinados combinará, fundamentalmente, las microscopías de sonda de proximidad, las simulaciones atomísticas de dinámica molecular y el análisis químico por espectroscopía infrarroja. La información fundamental obtenida se empleará para el diseño de una ruta de síntesis química de poliésteres miméticos a la cutina vegetal, un biopolímero de barrera hidrófobo, inocúo y completamente biodegradable. Se determinarán las propiedades físicas (mecánicas, permeabilidad, de transporte iónico, etc…) y químicas (grado de esterificación, degradabilidad, etc…) de estos materiales sintéticos y se relacionarán con sus estructuras primarias (red de enlaces ester) y secundarias (interacciones por puente de hidrógeno entre grupos hidroxilos  remanentes). A partir de esta relación estructura-función, se modificará el protocolo de síntesis empleando elementos no propagadoras del  entrecruzamiento de la red primaria (moléculas con bajo grado de hidroxilación) y modificadores de de la red secundaria (ácidos carboxílicos con distinto grado de hidroxilación), con vistas a la obtención de polímeros con propiedades “a la carta”. Finalmente, se explorará el potencial de  aplicación de estos poliésteres sintéticos como sustitutos de plásticos obtenidos a partir de hidrocarburos con vistas a reducir residuos, tanto en el proceso de fabricación como los asociados a su desecho.


Materiales Foto-Activos para el desarrollo de la Energía Solar en Procesos Fotocatalíticos de Interés Medioambiental


1-01-2012 / 31-12-2012



Investigador Principal: José Antonio Navío Santos
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: CTQ2011-26617-C03-02

Equipo de Investigación: Mª del Carmen Hidalgo López, Manuel Macías Azaña, Julie J. Murcia Mesa; Sebastián Murcia López

La fotocatálisis heterogenea ha mostrado sobradamente su potencial para destoxificación y desinfección de medios acuosos y gaseosos. Sin embargo, su desarrollo tecnológico ha sido muy limitado debido a una serie de dificultades que pueden agruparse en dos grupos principales:

1. Dificultades para separar el catalizador del medio al finalizar el proceso, para su reactivación y reutilización.

2. Bajo rendimiento del proceso, que sólo aprovecha un porcentaje muy pequeño de los fotones útiles, siendo estos además una pequeña parte del espectro natural.

En nuestra propuesta se coordinan tres subproyectos liderados por tres grupos que aunan amplia experiencia en: Síntesis, modificación y caracterización de materiales fotocatalíticos (principalmente el grupo de la Universidad de Sevilla), Preparación y caracterización de óxidos metálicos en lámina delgada sobre diferentes substratos(principalmente el grupo del CIEMAT) y Modificación, caracterización espectroscópica de centros activos y estudios de fotorreactividad en fase acuosa y gaseosa (principalmente el grupo de la ULPGC).

 

Sobre la base de esta experiencia acumulada y de las principales tendencias en el desarrollo de la fotocatálisisheterogénea, nuestro consorcio se plantea como objetivo central de este proyecto: Sintetizar materiales basados en TiO2, SnO2, ZnO y materiales ternarios tipo titanato de bismuto (BITs),  en forma de polvo con tamaño manométrico con alta actividad fotocatalítica y su fijación sobre sustratos adecuados (vidrio, membranas, láminas metálicas, etc.) recubiertos con películas delgadas de diferentes óxidos metálicos que faciliten el anclaje de estas partículas y/o actúen como semilla para la formación o cristalización de estas partículas, para poder utilizar estos sistemas de forma eficiente en procesos de descontaminación fotocatalítica en fase acuosa y gaseosa.


Procesado de cerámicas avanzadas a partir de precursores poliméricos (PDC) por métodos de control inteligente de la temperatura


01-01-2012 / 31-12-2014



Investigador Principal: Luis Pérez Maqueda
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: CTQ2011-27626

Equipo de Investigación: Maria Jesús Diánez Millán, José Manuel Criado Luque, Pedro E. Sánchez Jiménez, Antonio Perejón Pazo

Los materiales cerámicos preparados a partir de precursores poliméricos, más conocidos por las siglas PDC (polymer derived ceramics), constituyen un tema de gran interés actual. Estos materiales se preparan a partir de un polímero, que se somete a un proceso de curado previo a su descomposición térmica a temperaturas relativamente suaves si se comparan con las requeridas en un procesado cerámico convencional a partir de precursores en polvo. Este método presenta la ventaja de conducir directamente al producto final consolidado sin requerir el complejo proceso de compactación requerida por los métodos convencionales de procesado cerámico. Es por lo tanto un método "near-net shape". Estos materiales presentan propiedades eléctricas, termomecánicas y de resistencia a la oxidación muy interesantes que le confieren un amplio potencial de aplicaciones que abarcan desde la nanotecnología a la aeronáutica. Sin embargo, una limitación importante en la síntesis de estos materiales radica en la dificultad de controlar la velocidad de descomposición térmica de la pieza precerámica polimérica de modo que no se produzcan defectos, tales como fracturas, que hacen inservible el material. En este proyecto se propone el uso de los métodos de control inteligente de temperatura para el procesado de estos precursores poliméricos precerámicos. En estudios previos hemos puesto de manifiesto las ventajas de esta metodología para controlar la estructura y microestructrura de productos preparados a partir de transformaciones térmicas de precursores y para estudios cinéticos de reacciones en estado sólido. Así mediante el uso de los métodos de control inteligente de temperatura pretendemos obtener PDC libres de defectos, estudiar la influencia de las condiciones de la preparación en la nanoestructura de los productos y ahondar en el conocimiento de los procesos de conversión polímero-cerámica, con especial hincapié en el estudio de las cinéticas de los procesos involucrados. Los productos obtenidos se caracterizarán en cuanto a su nanoestructura y propiedades, en particular el coeficiente piezoeléctrico, la capacidad de inserción de litio y la resistencia a la oxidación.


Laboratorio avanzado para el análisis de nanomateriales funcionales


01-10-2011 / 30-03-2015



Investigador Principal: María Asunción Fernández Camacho
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: REGPOT-CT-2011-285895

Equipo de Investigación: T. Cristina Rojas, M.Carmen Jiménez, Gisela Arzac, Olga Montes, Inmaculada Rosa, Rafael Alvarez, Vanda Godinho, Juan Carlos Sánchez-López, Hernán Míguez, Agustín R. González-Elipe, Manuel Ocaña, M. Jesús Sayagués, Lionel Cervera, Roland Schierholz, Salah Rouillon, Lucia Castillo, Rocío García, Carlos García-Negrete, Jaime Caballero

El proyecto AL-NANOFUNC ha sido diseñado para poner en marcha en el Instituto de Ciencia de los Materiales de Sevilla (ICMS, CSIC-Univ.Sevilla, España) un laboratorio avanzado para el Nano-análisis de nuevos materiales funcionales. Las técnicas de Nanoscopía avanzada, basadas en equipos de microscopía electrónica de última generación, se dedicarán a la investigación de vanguardia en temas específicos de gran interés: i) Nanomateriales para aplicaciones energéticas sostenibles; ii) películas delgadas multifuncionales y recubrimientos nanoestructurados; iii) materiales nano-estructurados para fotónica y sensores. Para situar a los laboratorios del ICMS en una posición de liderazgo que sea competiti-va en un escenario mundial, el proyecto AL-NANOFUNC contempla la puesta al día del poten-cial investigador actual en varias direcciones: i) Mejorar las capacidades de equipamiento en relación a la microscopía electrónica analítica de alta resolución; ii) mejorar el impacto de la investigación básica a través de la contratación de investigadores especializados y el intercambio transnacional con los centros de referencia en Europa, iii) desarrollar y mejorar el potencial de innovación de la investigación del ICMS abriendo las nuevas instalaciones a empresas y centros relacionados; iv ) organizar talleres, conferencias y actividades de difusión para mejorar la visibilidad de la investigación. En el proyecto se propone también una estrecha colaboración con centros de referencia y empresas de Lieja (Bélgica), Graz (Austria), Jülich (Alemania), Oxford (Inglaterra), Cambridge (Inglaterra), Dübendorf (Suiza) y Rabat (Marruecos), así como con laboratorios de Universidades Andaluzas. Cinco empresas en Andalucía colaborarán también en estrecha sinergia para promover las líneas estratégicas de interés a largo plazo de la región en los productos de piedra natural y artificial y los sectores de energía solar y energías renovables.


Recubrimientos nanoestructurados para operar en vacío


01-10-2011 / 31-12-2011



Investigador Principal: Juan Carlos Sánchez López
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2010-21597-C02-01

Equipo de Investigación: T. Cristina Rojas Ruiz, Santiago Domínguez Meister

En este proyecto se desarrollarán recubrimientos nanoestructurados por la técnica de magnetron sputtering para lubricación de componentes mecánicos en aplicaciones aeroespa-ciales. Estos materiales deben proporcionar protección frente al desgaste y baja fricción cuando se usen en condiciones atmosféricas o vacío. Los sistemas elegidos para lograr este compromiso están formados por nanocristales de WC dispersados en una fase amorfa de dicalcogenuro (WS2 or WSe2). Estos lubricantes se esperan que pueden mejorar la resistencia al desgaste, mecánica y a la oxidación en comparación con los recubrimientos convencionales (MoS2 or DLC) usados para estos fines.


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


06-07-2011 / 05-06-2016



Investigador Principal: María Aránzazu Díaz Cuenca
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: CTS-661

Equipo de Investigación: M. Lourdes Ramiro Gutiérrez, Sara Borrego González

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.


Desarrollo de nuevos procesos industriales basados en sistemas catalíticos para la obtención sostenible de ingredientes base en fragancias y aromas


04-05-2011 / 31-12-2014



Investigador Principal: Juan Pedro Holgado Vázquez
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: IPT-2011-1553-420000

Equipo de Investigación: Alfonso Caballero Martínez, Víctor Manuel González de la Cruz, Rosa Pereñíguez Rodríguez, Gerardo Colón Ibáñez

En la actualidad, los procesos industriales utilizados para la transformación de muchos compuestos utilizados en el campo de las fragancias y los aromas ofrecen bajos rendimientos y generan una enorme cantidad de residuos peligrosos, que requieren varias etapas de segregación y tratamiento de los mismos durante el proceso. La mayor parte de estos procesos se basan en reacciones de oxidación/reducción de compuestos estequiometricos, o están basados en sistemas de catálisis homogénea, los cuales presentan inconvenientes asociados con la corrosión, la recuperación del catalizador de la mezcla de reacción y su regeneración para su posible reutilización. En este contexto “eco-amigable”, existe un interés creciente para el uso de oxidantes menos contaminantes, tales como el peróxido de hidrógeno o el oxígeno molecular, y la integración de dichos oxidantes en sistemas de catálisis heterogénea. Obviamente uno de los mayores retos que presentan las reacciones basadas en sistemas catalíticos es lograr el máximo rendimiento (producto de conversión por selectividad) con objeto de reducir el consumo de reactivos (materias primas), y minimizar los procesos de separación y eliminación de subproductos no deseados fruto de la ineficacia del proceso. En este tipo de reacciones (con compuestos principalmente orgánicos, muchos de origen natural), no es, en general, difícil obtener una alta conversión, pero dado que estos compuestos presentan multiples funcionalidades y/o puntos susceptibles de ser oxidados , el reto se centra en la obtención de una alta selectividad, generalmente incluso a nivel enantiomérico.

En el marco del proyecto, se han seleccionado procesos de interés en la industria cosmética y alimentaria, con objeto de conseguir el desarrollo a escala industrial de procesos basados en sistemas de catálisis heterogénea para la obtención de compuestos intermedios de gran valor añadido en el mercado de los perfumes y aromas, como son, entre otros, el proceso de obtención de la l-carvona a partir de la oxidación catalítica del d-limoneno.


Sol y Visión par la energía térmica actual. SOLVENTA


4-05-2011 / 31-12-2014



Investigador Principal: Agustín R. González-Elipe
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: Proyecto INNPACTO - IPT-2011-1425-920000

Equipo de Investigación: 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

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)


15-03-2011 / 14-03-2014



Investigador Principal: Alberto Palmero Acebedo
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P09-FQM-6900

Equipo de Investigación: José Cotrino Bautista, Ana Borrás Martos, Francisco Yubero Valencia, Rafael Alvarez Molina, Juan Carlos González González, Carmen López Santos

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.


Desarrollo de recubrimientos composite de carbono para aplicaciones biomédicas


15-03-2011 / 15-03-2014



Investigador Principal: Juan Carlos Sánchez López
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P10-TEP 06782

Equipo de Investigación: T. Cristina Rojas, Carlos López Cartes, David Abad, Vanda Godinho, Santiago Domínguez, Inmaculada Rosa

El proyecto comprende el desarrollo de recubrimientos basados en carbono desde su síntesis a medida, caracterización, evaluación en tests de desgaste y estudios de biocompatibilidad para su uso en implantes artificiales. El control del tipo de enlace químico del carbono (sp2/sp3) y la composición química, incluyendo metales como (Ag, Ti) u otros elementos (B, N, O), permitirá modular las propiedades mecánicas y tribológicas (dureza, fricción y resistencia al desgaste) con objeto de incrementar su comportamiento final. Para ello se propone el empleo de la técnica de pulverización catódica (del inglés magnetron sputtering) para depositar estos recubrimientos avanzados sobre los materiales usados en los implantes (acero, aleaciones de Ti o polímeros) bajo diferentes condiciones de síntesis. Seguidamente, éstos composites de carbono serán evaluados de forma comparativa en ensayos de fricción y desgaste que simulen las condiciones que estos materiales se encontrarán en la aplicación final. De esta manera será posible establecer una correlación entre el comportamiento observado y las características químicas y estructurales de las capas preparadas bajo diferentes condiciones de síntesis. Finalmente, la biocompatibilidad será estudiada en ensayos de adhesión celular, citotoxicidad y actividad antibacteriana. Este completo conjunto de análisis aportará una excelente perspectiva de las posibilidades de transferencia tecnológica de estos materiales avanzados a la biomedicina.


Nuevos fotocatalizadores basados en compuestos de Bi3+ altamente fotoactivos en el visible


11-03-2011 / 31-03- 2015



Investigador Principal: Gerardo Colon Ibáñez
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P09-FQM-4570

Equipo de Investigación: M. Carmen Hidalgo López, José Antonio Navío Santos, Manuel Macías Azaña, Sebastián Murcia López

El objetivo principal de este proyecto es el desarrollo de una nueva generación de materiales nanoestructurados alternativos al TiO2 que presenten una alta fotoactividad en la región del visible y que puedan ser utilizados de forma competitiva y eficiente en procesos de tratamiento de efluentes líquidos y gaseosos mediante el aprovechamiento de la luz solar. El presente proyecto pretende desarrollar nuevos sistemas de nanocatalizadores heterogéneos basados en Bi3+ (Bi2WO4, Bi2MoO6, BiVO4, Bi3O4Cl, CaBi2O4, PbBi2Nb2O9,…) que presenten unas propiedades optoelectrónicas adecuadas para el aprovechamiento de la energía solar en el rango del visible (Fotocatálisis Solar) y que al mismo tiempo exhiban unas propiedades fisicoquímicas mejoradas que optimicen el proceso fotocatalítico desde el punto de vista de difusión y transferencia de portadores de carga fotogenerados.


Catalizadores nanoestructurados basados en Au para reacciones de oxidación selectiva


1-01-2011 / 31-12-2011



Investigador Principal: Juan Pedro Holgado Vázquez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia y Tecnología
Código: CTQ2010-21348-C02-01

Equipo de Investigación: Alfonso Caballero Martínez, Víctor Manuel González de la Cruz, Fátima Ternero Fernán-dez, Richard M. Lambert

El objetivo del proyecto es el desarrollo de catalizadores con base oro, con alta reactividad en los procesos de oxidación selectiva. En este contexto, se abordan reacciones tales como la oxidación selectiva del alcohol bencílico (y derivados) o la oxidación selectiva de CO.  esta última conectada con su aplicación en Catálisis Ambiental como es el control de la calidad del aire y en aplicaciones energéticas como la purificación de corriente de H2 procedente de procesos de reformado (PROX).

Las propiedades del oro, metal biocompatible y no tóxico, puede ser explotadas en catálisis cuando se usa en forma soportada y muy dispersa. Se pretende optimizar el rendimiento de los catalizadores mediante el control del tamaño, forma de las nanopartículas y su interacción con el soporte, en base a la “dependencia de la estructura” de estas reacciones.  Así, se preparan catalizadores basados en Au, doblemente nanoestructurados (tanto a nivel de la fase activa como del soporte) soportados sobre CeO2 y TiO2 (Al2O3 y SiO2 como referencia) mediante distintas estrategias de síntesis; evaluando sus propiedades mediante técnicas de caracterización avanzadas y evaluando su comportamiento en reactividad (en régimen estacionario y transitorio) en procesos de oxidación. En el mismo contexto, y considerando la reciente aparición de catalizadores bimetálicos (AuCu, AuPd) para estas reacciones con elevados rendimientos, se prepararan sistemas AuPt, AuCu y Au Ni con control del tamaño y la composición de la fase activa.


Inmovilización de cationes en un espacio confinado de alta densidad de carga: gestión de residuos peligrosos


01-01-2011 / 31-12-2013



Investigador Principal: María Dolores Alba Carranza
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: CTQ2010-14874/BQU

Equipo de Investigación: Miguel Angel Castro Arroyo, Maria del Mar Orta Cuevas, Mery Carolina Pazos Zarama, Said ElMrabet, Esperanza Pavón González, Maria Villa Alfageme, Santiago Medina Carrasco, Ana Isabel Becerro Nieto, Alberto José Fernández Carrión

El tema central del Proyecto aborda la exigencia tecnológica medioambiental de desa-rrollar 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 crecientes en los planes de I + D + i de los últimos años. Es en este escenario donde debe encuadrarse la presente propuesta, circunscrita en dos hallazgos básicos experimentales: el diseño de silicatos laminares expansibles de alta carga con una distribución controlada de sus centros activos que le confieren especiales propiedades como precursores para el diseño de materiales eficaces en cuanto a la retención de residuos nocivos y radiactivos, y la obtención de fases disilicatos insolubles en condiciones suaves, apropiadas para la inmovilización de dichas especies. Dicho objetivo representa un cambio cualitativo en el trabajo que se viene desarrollando en cuanto a su aplicación a residuos radioactivos y tóxicos reales, de una parte, y en cuanto a la aplicación de la metodología desarrollada en sistemas modelos a silicatos de utilidad, de otra. Los objetivos se adecuan, en general, a las líneas prioritarias de Investigación básica de Química, en concreto en el área de Química Inorgánica (Química del Estado Sólido) y Química Medioambiental, pero a pesar de su carácter básico posee un carácter aplicado que se adecua a diversas líneas de investigación de Química Orientada y ha despertado el interés de diversas empresas observadoras (ENRESA, BEFESA y ALQUIMIA). Estos objetivos requieren el desarrollo de técnicas de análisis sofisticado como la Resonancia magnética Nuclear de Sólido, la Difracción de Rayos-X bajo atmósfera controlada o espectroscopia gamma de bajo recuento, teniendo en cuenta el objetivo particular de dicha área de usar la tecnología instrumental y experimental para el estudio de materiales, satisfaciendo además el objetivo O2.5 (Potenciar la disponibilidad de infraestructuras de uso interdisciplinar y de uso compartido por los distintos agentes del sistema) del plan nacional de I+D+i 2008-2011. La viabilidad de la propuesta se garantiza, en primer lugar, porque el EI ha publicado recientemente la síntesis de silicatos laminares hidratables de alta carga, donde describe un método a partir del cual se puede ajustar la carga deseada para el material; en segundo lugar, el EI posee una dilatada experiencia en el diseño de mecanismos de síntesis de silicatos, como se demuestra por los numerosos artículos publicados en esta área durante la última década y finalmente, el EI ha desarrollado metodología necesaria para el desarrollo de este experimento en colaboración con otros Grupos con los que mantiene una estrecha colaboración científica.


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


01-01-2011 / 31-12-2013



Investigador Principal: Francisco Yubero Valencia
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2010-18447

Equipo de Investigación: 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

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.


Mecanosíntesis de materiales de interés tecnológico


01-01-2011 / 31-12-2011



Investigador Principal: Francisco José Gotor Martínez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2010-17046

Equipo de Investigación: M. Jesús Sayagués de Vega, Concepción Real Pérez, M. Dolores Alcalá González, José Manuel Córdoba Gallego, Ernesto Chicardi Augusto

Los molinos de bolas de alta energía, planetarios, vibratorios y en menor medida los de atrición, son capaces de transferir a un sólido (ó una mezcla) cantidades importantes de energía mecánica. Los efectos de esta acción mecánica no se reducen sólo a una gradual disminución del tamaño de las partículas, sino que es posible inducir reacciones químicas en estado sólido. Como los procesos repetidos de fractura y soldadura de las partículas aumentan el área de contacto de los reactivos y se generan sin cesar superficies frescas, los procesos continuados de interdifusión hacen que la reacción ocurra a temperatura ambiente. La nueva fase formada posee, en general, un carácter nanoestructurado y presenta un gran número de defectos, lo que incide positivamente en la posterior etapa (si fuera necesaria) de sinterización. Estos procesos denominados mecanoquímicos constituyen una vía atractiva y alternativa en la síntesis de materiales nanocristalinos. Se trata de un método muy versátil que permite obtener un gran número de materiales en forma masiva, a temperatura ambiente y con un equipamiento relativamente sencillo. Este tipo de procesos es muy competitivo en término de costes y no genera ningún tipo de residuo, lo que le confiere un extraordinario valor añadido. Es un método especialmente prometedor en la obtención de soluciones sólidas complejas y de materiales compuestos tanto por su preparación con un carácter nanométrico como por la excelente homogeneidad y dispersión de los distintos constituyentes. En el presente proyecto, se pretende demostrar con ejemplos concretos que la aplicación de los procesos mecanoquímicos al campo de la síntesis de materiales permite desarrollar productos de manera más simple o que no serían posible de obtener por otros procedimientos. Los sistemas seleccionados como objeto de estudio son los siguientes: (i) carburos, nitruros y boruros de metales de transición, y (ii) óxidos mixtos con estructura perovskita de fórmula general (A1-xA’x)(B1-yB’y)O3-z (A/A’=La, Sr; B/B’=Mn, Cr, Mg, Ga). En el primer caso, se pretenden desarrollar materiales compuestos para fines estructurales basados en soluciones sólidas complejas de los compuestos refractarios especificados. En el segundo caso, se pretenden desarrollar los distintos componentes de las pilas cerámicas de combustible de forma que todos tengan la misma estructura perovskita y gran similitud composicional. Por último, indicar que se intentarán estudiar y modelizar los procesos mecanoquímicos de alta energía con el fin de realizar con mayor garantía de éxito su posible escalado.


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


1-01-2011 / 31-12-2014



Investigador Principal: Xermán F. de la Fuente Leis
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: LIFE11 ENV/ES/560

Equipo de Investigación: ICMS: Agustín R. González-Elipe, Victor J. Rico, Angel Barranco Quero, Juan Pedro Espinós Manzorro, Jorge Gil, Francisco Yubero Valencia

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


01-01-2011 / 31-12-2013



Investigador Principal: Angel Barranco Quero
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación. Programa  FEDER Unión Europea
Código: MAT2010-21228

Equipo de Investigación: Ana Borrás Martos, Agustín R. González-Elipe, Carmen Ruiz, M. Carmen López-Santos

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


1-09-2010 / 31-10-2011



Investigador Principal: Angel Barranco Quero
Organismo Financiador: Ministerio de Industria (Contrato: ARQUIMEA)
Código: Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (Programa CENIT)

Equipo de Investigación: Francisco Javier Aparicio, Agustín R. González-Elipe, Ana Isabel Borrás Martos, Juan Pedro Espinós

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)


03-02-2010 / 02-02-2013



Investigador Principal: Agustín R. González-Elipe
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P09-CTS-5189 (Proyecto de Excelencia)

Equipo de Investigación: José Cotrino Bautista, Rafael Alvarez Molina, Carmen López Santos, Jorge Gil Rostra, Antonia Terriza Fernández

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


03-02-2010 / 03-02-2013



Investigador Principal: Hernán Míguez García
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: FQM6090

Equipo de Investigación: Mauricio Calvo Roggiani, Agustín Mihi Cervelló, Silvia Colodrero Pérez, Nuria Hidalgo Serrano, Gabriel Lozano Barbero, Olalla Sánchez Sobrado

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.


Nanopartículas funcionalizadas para aplicaciones de hipertermia y evaluación de su ecotoxicidad


03-02-2010 / 02-02-2013



Investigador Principal: Asunción Fernández Camacho
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P09-FQM-4554

Equipo de Investigación: J. Blasco, M. Hampel, Carlos López, L.M. Lubián, I. Moreno, Miguel Angel Muñoz, David Philippon, T. Cristina Rojas, Inmaculada Rosa, Carlos García-Negrete

En este Proyecto de Excelencia se parte de la experiencia previa del grupo TEP-217 en el desarrollo y caracterización de nanopartículas funcionalizadas potencialmente biocompatibles y se pretende avanzar en cuatro direcciones. a) Continuar con el desarrollo de nanopartículas basadas principalmente en Au, Ag y óxidos magnéticos con distintas funcionalizaciones y microestructura. b) Profundizar en la fisico-química de su interacción con campos electromagnéticos (en un amplio rango de frecuencias desde kHz a GHz) para producir calentamientos localizados. Actualmente se han propuesto distintos mecanismos (corrientes inducidas, histéresis, relajación de momentos magnéticos y movimiento browniano) sin que existan todavía suficientes datos para comprender e interpretar los resultados experimentales. c) Establecer una colaboración multidisciplinar con el grupo RNM-306, especialista en ensayos de ecotoxicidad, que permita mejorar el conocimiento del impacto ambiental de las nanopartículas (principalmente de oro y plata) en los ecosistemas marinos, que son el sumidero final de una buena parte de los nanomateriales producidos en la actualidad. d) Realizar estudios preliminares de la toxicidad de las nanopartículas en función del campo electromagnético aplicado. En cualquier proyecto dedicado a la nanotecnología resulta extremadamente valioso introducir estudios que nos permitan determinar el impacto toxicológico y ambiental de los nuevos materiales que se están desarrollando en la actualidad.

Un objetivo fundamental de este proyecto es la formación de personal investigador a través de la realización de una Tesis Doctoral en el Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla.


Integración de reactores catalíticos de microcanales para la producción de hidrógeno a partir de alcoholes


1-01-2010 / 31-12-2012



Investigador Principal: José Antonio Odriozola Gordón
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia y Tecnología
Código: ENE2009-14522-C05-01

Equipo de Investigación: Miguel Angel Centeno, Svetlana Ivanova, Francisca Romero Sarria, M.Isabel Domínguez, Sandra Palma, Oscar Laguna, Ana Penkova, Sylvia Cruz, W.Yesid Hernández, Luis Bobadilla

El uso masivo y generalizado de dispositivos eléctricos y electrónicos portátiles aumenta la necesidad de fuentes de potencia autónomas y eficientes, de hasta unos 50 We, capaces de reemplazar la tecnología actual basada en el uso de baterias. El uso de combustibles o productos químicos convencionales, hidrocarburos o alcoholes por ejemplo, es una alternativa prometedora cuando se combina con los recientes desarrollos en intensificación de procesos basados en la tecnología de reactores de microcanales. El desarrollo de la tecnología de microcanales para la producción de hidrógeno, in situ y a de-manda, a partir de alcoholes, se comenzó a estudiar en el proyecto anterior (MAT2006-12386-C05). Este estudio permitió la construcción de reactores de microcanales para las reacciones de reformado catalítico de metanol y oxidación preferente de CO (PROX) . En el presente proyecto se pretenden aplicar los conocimientos adquiridos para acoplar los microrreactores entre sí integrando flujos térmicos y materiales, escalarlos, y unirlos a una celda de combustible comercial de 50 We (PEMFC). En paralelo, se desarrollarán reactores de microcanales para el reformado catalítico de etanol y la reacción de desplazamiento del gas de agua (WGS) lo que permite aumentar la versatilidad el dispositivo diseñado. La viabilidad de estas fuentes de potencia autónomas requiere el estudio no sólo de la fabricación, escalado de los microreactores e integración de los flujos térmicos y materiales sino también explorar el uso de materiales de mayor disponibilidad (aceros ferríticos adaptados al uso), su durabilidad (aceros, catalizadores, soldaduras, juntas, …) y el desarrollo de un algoritmo de control para el conjunto formado por el procesador de combustible (reformado + eliminación de CO) y la pila de combustible.


Acoplamiento dinámica de fronteras de grano - segregación de impurezas en policristales nanoestructurados: aplicación a la circonia tetragonal dopada con itrio policristalina (YTZP)


01/01/2010 – 31/12/2012



Investigador Principal: Diego Gómez García
Organismo Financiador: Ministerio de Educación y Ciencia
Código: MAT2009-14351-C02-01

Equipo de Investigación: Francisco Luis Cumbrera Hernández (USE), Arturo Domínguez Rodríguez (USE), Robert Luis González Romero (becario AECID)

El proyecto que se presenta estudiará, mediante simulación por ordenador a distintas escalas, la evolución microestructural de un policristal a temperatura constante y bajo la apli-cación de un campo de tensiones mecánicas; en particular, se prestará especial atención a los sistemas nanométricos. Para abordar con rigor este problema es indispensable conocer la ley de movilidad de las fronteras de grano en función de la temperatura y de las tensiones locales. En presencia de impurezas, esta ley depende crucialmente de la concentración de especies atómicas segregadas en dichas fronteras y su evolución durante el régimen dinámico (i. e. durante la deformación). A su vez, la segregación se ve alterada por el propio movimiento de la frontera de grano, de modo que ambos fenómenos están acoplados entre sí. El estudio de la segregación se realizará mediante simulación por Dinámica Molecular (DM); asimismo, se utilizará la DM para caracterizar la movilidad de una única frontera de grano conteniendo impurezas. Estos datos serán empleados en un modelo mesoscópico que se usará para estudiar la dinámica de un conjunto de granos de tamaño nanométrico y, por ende, la plasticidad de este sistema policristalino modelo. El objetivo último de este proyecto es el de determinar la ley de evolución de los cen-tros de masas de los granos para obtener, previo tratamiento estadístico, la ley constitutiva para la plasticidad en un policristal nanométrico. Esta ley macroscópica se contrastará final-mente con resultados experimentales en el sistema itria-zirconia policristalino (YTZP) nanométrico, en el que el equipo ha adquirido amplia experiencia en los últimos años.


Bioener: Aplicación de tecnologías biomiméticas a sistemas energéticos


01-01-2010 / 31-12-2012



Investigador Principal: Julián Martínez Fernández
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P09-TEP-5152 (Proyecto de Excelencia)

Equipo de Investigación: Manuel Jiménez Melendo, Antonio De Arellano-López, Alfonso Bravo León, F.M. Varela Feria

Los avances tecnológicos han permitido diversificar y optimizar la producción de ener-gía, lo que ha conducido al mismo tiempo, a desarrollar nuevas vías de almacenamiento de la misma. En particular, a medida que se diversifican los métodos de producción energética, es necesario desarrollar nuevos materiales para almacenamiento de energía, para su uso en dispositivos de consumo y transporte. Esto es especialmente importante para países que, como España, llevan años aumentando la presencia de las renovables en su carta de tecnologías de producción eléctrica y son actualmente líderes mundiales del sector. El Plan de Fomento de las Energías Renovables 2000-2010 tiene como objetivo para este año generar hasta el 30% de las necesidades de consumo energético nacionales a partir de energías renovables, mientras que en algunas comunidades autónomas la cuota de renovables supone ya más del 75% del consumo anual. La progresiva penetración de las renovables debe ir necesariamente acompañada del desarrollo de nuevas tecnologías de distribución y almacenamiento energético, teniendo en cuenta que la potencia suministrada por las renovables es intermitente y variable, al depender las condiciones meteorológicas. Otra estrategia a corto plazo para reducir la dependencia de los combustibles fósiles es la mejora de la eficiencia los sistemas de generación de energía convencionales mediante el aumento de las temperaturas de operación, por ejemplo en turbinas de combustión de gas. El desarrollo de nuevos materiales para aplicaciones de alta temperatura ha ido tradicionalmente ligado a la demanda de mayores eficiencias. De entre ellos, los materiales cerámicos se postulan como candidatos para aplicaciones en entornos químicamente agresivos a temperaturas superiores a los 1000ºC. Carburos y nitruros en particular, con su elevado punto de fusión y excelentes propiedades termomecánicas, están siendo extensamente estudiados en la actualidad para este tipo de aplicaciones. Los cerámicos porosos también son de gran interés en aplicaciones energéticas, como intercambiadores de calor o sistemas de filtrado de gas de síntesis, entre otros. De las líneas de investigación en nuevos materiales para almacenamiento energético, el desarrollo de nuevos sistemas de almacenamiento electroquímico tendrá un gran impacto a corto plazo, especialmente en el consumidor final: el desarrollo de baterías y condensadores electroquímicos de alta capacidad es clave para la viabilidad de tecnologías que, como los vehículos eléctricos, deberán implantarse en un corto plazo para reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles. Es por esta razón que los materiales para almacenamiento electroquímico han recibido gran atención de la comunidad científica y constituyen uno de los grandes retos tecnológicos actuales. El carburo de silicio biomórfico (bioSiC) es un material cerámico obtenido por infiltra-ción reactiva de preformas de carbono obtenidas mediante pirólisis de precursores vegetales. El precursor, generalmente madera, se mecaniza en bruto y se carboniza mediante un proceso de pirólisis en atmósfera controlada a alta temperatura, obteniéndose un material de carbono macroporoso (bioC) cuya microestructura es similar a la del precursor vegetal. Este precursor se mecaniza hasta una forma cercana al producto final y se infiltra reactivamente con silicio líquido o gaseoso para obtener un material de SiC/Si que presenta unas excelentes propiedades termomecánicas, con una microestructura que mimetiza la microestructura de la madera original. Es posible seleccionar las propiedades del material resultante mediante la elección adecuada del precursor. El silicio residual puede eliminarse para obtener un material de SiC macroporoso. Es posible, por último, reinfiltrar el bioSiC poroso con otros materiales, por ejemplo metales para obtener cermets bioSiC/Al o bioSiC/Cu. La posibilidad de producir materiales de carbono macroporosos con nanoporosidad controlada es interesante para su uso en aplicaciones electroquímicas, puesto que es posible infiltrar o recubrir los macroporos con una fase secundaria que proporcione funcionalidad adicional, por ejemplo en pilas de litio con arquitectura tridimensional o en supercondensadores oxido/carbono. En este sentido, el desarrollo de nuevos carbonos con porosidad y/o estructura controlada puede abrir una puerta hacia nuevas arquitecturas y diseños de dispositivo capaces de almacenar mayores densidades de energía. La mayoría de materiales nanoporosos de carbono utilizados en la actualidad se obtie-nen mediante la activación de carbones obtenidos por pirólisis de precursores orgánicos sintéticos, aunque en los últimos años el carbono obtenido a partir de carburos ha sido objeto de gran interés. Es posible, mediante el tratamiento a alta temperatura de carburos metálicos en una atmósfera clorada, obtener carbonos nanoporosos de alta pureza que resultan idóneos para aplicaciones electroquímicas. En este sentido ya se ha demostrado la posibilidad de obtener carbono nanoporoso a partir de carburos obtenidos por infiltración reactiva de precursores vegetales. El objetivo de este proyecto es doble: por un lado, se estudiará en detalle el procedi-miento de obtención de materiales de carbono a partir de precursores vegetales, prestando atención a la posibilidad de introducir distintos gases (CO2, vapor de agua) durante el proceso de pirólisis para obtener carbones activos con nanoporosidad para su uso en sistemas de almacenamiento electroquímico. Se estudiará además el efecto de la temperatura de pirólisis en el grado de cristalinidad, nanoporosidad, tamaño de cristal y estructura del carbono resultante, y se explorará la posibilidad de promover la cristalización del carbono mediante el uso de distintos catalizadores. Se caracterizará la microestructura de los materiales resultantes, así como sus propiedades físicas y termo-mecánicas.


Estudio de los procesos de degradación de los materiales utilizados en la construcción de Órganos Históricos


2010 / 2013



Investigador Principal: Angel Justo Erbez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2010-20660

Equipo de Investigación: Adolfo Iñigo Iñigo, Juan Poyato Ferrera, José Luis Pérez Rodríguez, Liz Karen Herrera Quintero, Angel Justo Estebaranz, Adrián Durán Benito, M. Carmen Jiménez de Haro, Belinda Sigüenza Carballo

El principal objetivo del proyecto es conocer la composición, microestructura y propiedades mecánicas de las aleaciones estaño-plomo de tubos de órganos históricos españoles. Además se estudiarán los procesos de degradación y corrosión sobre los tubos, así como los productos generados por dichos procesos. Los análisis se realizarán en diferentes Institutos Científicos y Tecnológicos españoles (ICMSE, AIMEN, IRNASA) y grandes instalaciones europeas (ESRF, C2RMF). Se persigue conocer los vectores que provocan los procesos de corrosión, como son los compuestos volátiles desprendidos de las maderas y otros materiales orgánicos utilizados en la construcción de órganos, vapor de agua y/o anhídrido carbónico. Los trabajos se realizarán en materiales con diferentes grados de corrosión tomados en los propios instrumentos, incluyendo principalmente aleaciones metálicas y maderas. Además, se prepararán aleaciones en el taller de organería Grenzing con distintas proporciones estaño-plomo, y con trazas de otros elementos como As o Bi. Estas aleaciones se someterán a ensayos de corrosión acelerada y se correlacionarán los resultados de la composición y los ensayos de resistencia a la tracción y de fluencia con la velocidad de corrosión. Se compararán los resultados obtenidos en el laboratorio (aleaciones preparadas) con las muestras procedentes de los órganos y se sacarán conclusiones acerca de las posibles causas de alteración, las composiciones idóneas para las restauraciones y las aleaciones más resistentes a la corrosión para aplicarlas a la construcción de órganos nuevos.


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


01-01-2010 / 31-12- 2012



Investigador Principal: M. Aránzazu Díaz Cuenca
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: BIO2009-13903-C02-02

Equipo de Investigación: M. Lourdes Ramiro Gutiérrez

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)


01-01-2010 / 02-02-2013



Investigador Principal: Angel Barranco Quero
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P09-TEP-5283 (Proyecto de Excelencia)

Equipo de Investigación: Ana Borrás, Fabián Frutos, Lola González-García, Said Hamad, S. Lago, Alberto Palmero, Carmen Ruiz-Herrero, Juan R. Sánchez-Valencia, Johan Toudert

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.


Microestructura y deformación plástica a alta temperatura de óxidos eutécticos basados en Al2O3. Superplasticidad


01-01-2010 / 31-12-2012



Investigador Principal: Manuel Jiménez Melendo
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia y Tecnología
Código: MAT2009-13979-C03-01

Equipo de Investigación: Julián Martínez Fernández, Antonio Ramírez De Arellano-López, Alfonso Bravo León, Caroline Clauss Klamp, F.M. Varela Feria, C. Vaquero Aguilar

Se pretende desarrollar óxidos eutécticos binarios y ternarios basados en la alúmina –en concreto, Al2O3/ZrO2, Al2O3/Y3Al5O12(YAG), Al2O3/ZrO2/YAG y Al2O3/SiO2/ZrO2, con la circona estabilizada con diferentes contenidos de Y2O3– con microestructuras controladas en el intervalo micro- a nanométrico, para su empleo en aplicaciones estructurales y térmicas de sistemas de generación y conversión más eficientes de la energía: soportes para pilas de combustible, reactores químicos, reactores enfriados por gas de alta temperatura, barreras térmicas sobre superaleaciones metálicas en turbinas y motores, etc. Entre las altas prestaciones de estos materiales caben destacar: elevado punto de fu-sión, baja densidad, conductividad térmica, escasa reactividad química incluso a alta tempera-tura, y excelentes propiedades mecánicas tanto a bajas como a elevadas temperaturas: resis-tencia mecánica cercana a 5 GPa a temperatura ambiente, resistencia a la fluencia, al desgaste y a la erosión. Pero lo más novedoso y potencialmente interesante de estos materiales es su comportamiento superplástico, en microestructuras nanométricas, recientemente descubierto por el equipo investigador solicitante.Estos materiales se producirán por técnicas de procesamiento asistido por láser en tres configuraciones distintas: masivos, recubrimientos planos (capas individuales sobre soportes cerámicos y metálicos) y multicapas. En particular, para esta última configuración se diseñarán estructuras con campos de tensiones residuales favorables para unas prestaciones mecánicas y térmicas óptimas en función de las diferentes aplicaciones requeridas. Estas tensiones residuales se investigarán mediante técnicas de espectroscopía Raman y piezoespectroscopía, y se compararán con los resultados de simulaciones numéricas. Por otra parte, las técnicas de tratamiento por láser se emplearán también para alterar la microestructura de los recubrimientos cerámicos convencionales depositados por proyección térmica sobre las superaleaciones metálicas en componentes de motores así como para mecanizar los materiales producidos con objeto de conferirles una determinada geometría funcional, o con el fin de modificar su superficie de forma que mejore el comportamiento frente al desgaste. Uno de los objetivos fundamentales de este proyecto será estudiar materiales con fases nanométricas que posibiliten un comportamiento superplástico a altas temperaturas (que contrasta con la extraordinaria resistencia a la deformación de los materiales con fases micrométricas), de forma que abra la posibilidad de la unión y el conformado fácil con forma casi final de piezas complejas, recuperando su resistencia característica tras tratamientos térmicos. Las propiedades mecánicas (resistencia a compresión y a flexión, módulo de elastici-dad, dureza, tenacidad a fractura y desgaste) de los materiales se evaluarán desde temperatura ambiente hasta 1950 K mediante diferentes técnicas en aire, así como en otras atmósferas para determinar su influencia en el comportamiento mecánico o la degradación del material. Una parte complementaria, pero fundamental, del proyecto es la caracterización es-tructural y microestructural de los materiales fabricados, así como su evolución con los ensa-yos mecánicos. De esta forma se podrán establecer las relaciones entre el comportamiento mecánico observado (propiedades necesarias para el diseño ingenieril) y sus parámetros microestructurales característicos. Con esta finalidad, se utilizarán técnicas de microscopía óptica convencional y confocal, electrónica con microanálisis y difracción, de fuerzas atómicas, así como difracción con textura por rayos X. Del análisis de los resultados de los ensayos termo-mecánicos y de la caracterización microestructural se pretende llegar al entendimiento básico de la relación entre microestruc-tura y propiedades. Esto permitirá retroalimentar el proceso de producción de los materiales eutécticos, para lograr microestructuras específicas para las diferentes aplicaciones con pro-piedades macroscópicas optimizadas.


Papel de los aditivos en los sistemas composites de hidruros metálicos reactivos para almacenamiento de hidrógeno


01/01/2010 - 31/12/2012



Investigador Principal: Asunción Fernández Camacho
Organismo Financiador: Ministerio de Educación y Ciencia
Código: CTQ2009-13440

Equipo de Investigación: Carlos López, Cristina Rojas Ruiz, Gisela Arzac, Dirk Hufschmidt, Raimondo Ceccini, Emilie Deprez

Dada la problemática actual por el agotamiento a corto-medio plazo de los combusti-bles fósiles y los cambios climáticos causados por el efecto invernadero, se hace necesaria la reconsideración de una política energética global. El hidrógeno como vector de transporte y almacenamiento de energía es un candidato muy atractivo por tratarse de una alternativa viable y limpia. En el presente proyecto se propone el estudio de los llamados sistemas composites de hidruros reactivos (RHC) para almacenamiento de hidrógeno. Estos sistemas se basan en acoplar un hidruro metálico sencillo (i.e. MgH2) con un hidruro complejo (típicamente un compuesto borohidruro, i.e LiBH4) para dar una reacción reversible que produce o consume hidrógeno. El sistema puede así usarse como material para almacenamiento de hidrógeno de acuerdo a la siguiente reacción: MgH2+2LiBH4 ↔ MgB2+LiH+4H2 (11.4 wt% capacidad de almacenamiento de hidrógeno). La reacción mejora el balance de calor, en comparación con el MgH2 puro, al reducir la liberación de calor durante el proceso de carga. Para mejorar los aspectos cinéticos (reducción de las temperaturas y tiempos de operación) se ha propuesto el uso de catalizadores y/o aditivos. El principal objetivo del proyecto es comprender el papel de estos aditivos para mejorar las cinéticas de sorción de hidrógeno. En particular se han seleccionado como aditivos para este estudio los productos comerciales Ti-Isopropoxide (TiO4C12H28), TiO2 y VCl3 . También se prepararan en nuestro laboratorio otros catalizadores como Co3B, Ni3B o RuCo que igualmente se ensayarán. Los sistemas se prepararán y activarán por molienda de alta energía de los dos mate-riales hidruros molidos juntos con ó sin aditivos (5-10 mol%). Los estudios cinéticos se llevarán a cabo a través de medidas de sorción gravimétrica y volumétrica de hidrógeno (desorción o absorción vs. tiempo a T constante) y de la calorimetría de barrido diferencial (DSC). Se llevará también a cabo un estudio exhaustivo de caracterización microestructural y química de los sistemas en las diferentes etapas (tras la molienda, desorbidos y re-absorbidos) con las si-guientes técnicas: Difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de transmisión (TEM) acoplada al análisis EDX (energía dispersiva de rayos X) y EELS (espectroscopía de pérdida de energía de electrones), espectroscopía de fotoemisión (XPS) y espectroscopía de absorción de rayos X (XAS). El estudio comparativo de las muestras con y sin aditivos y la correlación entre los estudios cinéticos y el análisis microestructural y químico, deben clarificar el mecanismo de la mejora cinética producida por los aditivos. Estos mecanismos están a día de hoy lejos de ser comprendidos. Sobre la base del conocimiento adquirido se espera mejorar de manera significativa estos sistemas en relación a sus aplicaciones para almacenamiento de hidrógeno.


Reformado Catalítico de Glicerina


01-01-2010 / 31-12-2012



Investigador Principal: José Antonio Odriozola Gordón
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P09-TEP-5454 (Proyecto de Excelencia)

Equipo de Investigación: Luis F. Bobadilla Baladrón, Sylvia A. Cruz Torres, M. Isabel Domínguez Leal, Anna Dimitrova Penkova, Francisca Romero Sarria, Andrea Alvarez Moreno

Este proyecto pretende la producción de hidrógeno a partir del reformado de glicerina. La glicerina es el producto secundario principal en la producción de bio-diesel a través de la transesterificatión de ácidos grasos. Si tenemos en cuenta el desarrollo actual, la producción de bio-combustibles se estima en 9.9 Mtoe para 2010, lo que representa el 50% de los objetivos de la Unión Europea. Los sistemas de energía actuales necesita el desarrollo de modelos energéticos alter-nativos. El empleo de hidrógeno como vector energético representa una de esas alternativas, aunque para asegurar la sostenibilidad se requiere que el hidrógeno se produzca a partir de fuentes renovables. La principal ventaja del planteamiento que proponemos, aprovechamiento de la glicerina, reside en que además de sostenible el balance de carbono es prácticamente neutro. Además, su valorización debe conducir a aumentar la rentabilidad de las bio-refinerías que de otro modo se verían afectadas por el incremento de costes asociados a la eliminación de este producto.


El destino del material subducido


01-7-2006 / 31-01-2011



Investigador Principal: Ana Isabel Becerro Nieto
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: MRTN-CT-2006-035957

Equipo de Investigación: 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)

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.


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


14-01-2009 / 13-01- 2012



Investigador Principal: Hernán R. Míguez García
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P08-FQM-03579 (Proyecto de Excelencia)

Equipo de Investigación: Manuel Ocaña Jurado, Mauricio Calvo Roggiani, Nuria Nuñez, Agustín Mihi, Gabriel Lozano, Silvia Colodrero, Nuria Hidalgo, Olalla Sánchez Sobrado

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


01-01-2009 / 31-12-2011



Investigador Principal: Hernán R. Míguez García
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2008-02166

Equipo de Investigación: Manuel Ocaña Jurado, Mauricio Calvo Roggiani, Nuria Nuñez, Agustín Mihi, Gabriel Lozano, Silvia Colodrero, Nuria Hidalgo, Olalla Sánchez

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.


Desarrollo de estrategias para la preparación y optimización de materiales altamente fotoactivos


01-01-2009 / 31-12-2011



Investigador Principal: José Antonio Navío Santos
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia y Tecnología
Código: CTQ2008-05961-C02-01

Equipo de Investigación: Gerardo Colón Ibáñez, M. Carmen Hidalgo López, Manuel Macías Azaña, Marina Maicu

El objetivo general de este proyecto coordinado es “diseñar una nueva generación de materiales en forma de polvo con tamaño manométrico basados en TiO2, SnO2 y ZnO simples, mixtos y/o dopados con otros iones, con alta actividad fotocatalítica en el visible y su fijación en otros materiales (membranas, vidrios, arcillas y láminas metálicas) que permitan emplear-los, de manera eficiente y competitiva en procesos de descontaminación fotocatalítica de efluentes líquidos y gases contaminados”. La hipótesis fundamental de la que se parte es que existen pigmentos inorgánicos (tales como el TiO2, SnO2, ZnO, etc.) con actividad fotocatalítica en UV capaces de degradar de forma no selectiva a especies tóxicas presentes en nuestro medio ambiente. El reto es superar los problemas derivados de la utilización sólo de la parte UV del espectro solar y extender la respuesta hacia el visible, implementando al mismo tiempo, las propiedades fisicoquímicas de los fotocatalizadores. Para realizar este estudio se proponen dos bloques principales de actividad que serán el diseño y desarrollo de catalizadores heterogéneos de tamaño nanométricos altamente fotoactivos, basados en TiO2, SnO2 y ZnO que puedan hacer las transformaciones de degradación de contaminantes mediante el concurso de luz solar visible (Química Solar Medioambiental) y la inmovilización de nanopartículas de estos semiconductores, simples, mixtos y/o dopados, en soportes adecuados (membranas, vidrios, láminas metálicas, fibras, placas cerámicas, etc,) con el fin de desarrollar dispositivos fotocatalíticos con alta actividad para el tratamiento de contaminantes en gases y aguas, para la generación de superficies autolimpiables.


Estructura, empaquetamiento y propiedades tribológicas de monocapas autoensambladas de alquilaminas lineales de cadena larga


01-01-2009 / 31-12-2011



Investigador Principal: José Jesús Benítez Jiménez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia y Tecnología
Código: CTQ2008-00188

Equipo de Investigación: Miguel Salmerón, Eduardo Garzón Garzón, Pedro J. Sánchez Soto, J. Alejandro Heredia Guerrero

El presente proyecto se encuadra en la línea de investigación que analiza las propiedades tribológicas de monocapas autoensamblas. Más concretamente en la contribución de eventos a escala molecular en la propiedades fricciónales de sistemas modelos a base de monocapas autoensambladas de moléculas alquílicas. La información de que se dispone para sistemas modelo a base de tioles sobre oro y alquisilanos sobre mica empleando técnicas de sonda de proximidad, fundamentalmente AFM (atomic force microscopy), es muy amplia. La aportación que proporciona este proyecto es más novedosa y parte del empleo de otro sistema modelo, alquilaminas de cadena larga sobre mica. La interacción del grupo funcional amino con el soporte mica es considerablemente menor que la propia del tiol-oro y el silano-mica lo que se traduce en una menor calidad del empaquetamiento molecular. El control de la calidad del empaquetamiento mediante el ajuste de las condiciones de preparación permitiría disponer de un sistema con gran contenido de defectos sobre el que establecer la influencia de éstos en las propiedades friccionales. La consistencia mecánica de las capas de alquilaminas sobre mica impide su resolución estructural a nivel molecular empleando el microscopio AFM en modo de contacto, por lo que se propone una metodología que englobe y complemente el característico análisis friccional y la microscopia SPFM (scanning polarization force microsco-py). La técnica SPFM se basa en la medida de la fuerza electrostática que se establece entre una sonda polarizada y las cargas, dipolos permanentes o inducidos a nivel superficial. Dadas las marcadas diferencias entre las magnitudes dieléctricas de la mica y la monocapa alquílica, la metodología propuesta parte del análisis del efecto de pantalla de la capa autoensamblada sobre la señal en polarización del soporte y su relación con el grado de compactación de ésta. La técnica SPFM es especialmente sensible a la presencia de agua dado su elevada constante dieléctrica por lo que resulta muy adecuada para la detección de vacantes o intersticios sus-ceptibles de adsorber agua en el seno de la capa autoensamblada. En último extremo, el pro-yecto tiene por objeto la correlación de las propiedades friccionales con la evaluación SPFM del grado de empaquetamiento de las capas preparadas.


Estudio de Materiales modificados superficialmente mediante Reflexafs SURCOXAFS


01-01-2009 / 31-12-2011



Investigador Principal: Adela Muñoz Páez
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2008-06652

Equipo de Investigación: Stuart Ansell, Regla Ayala Espinar, Sofía Díaz Moreno, Lola González García, José Manuel Martínez Fernández, Víctor López Flores

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.


Preparación de materiales multiferroicos por métodos mecano-químicos y térmicos con control inteligente de temperatura


01-01-2009 / 31-12-2011



Investigador Principal: Luis A. Pérez Maqueda
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia y Tecnología
Código: MAT2008-06619

Equipo de Investigación: Maria Jesús Diánez Millán, José Manuel Criado Luque

Los materiales multiferroicos, aquellos que presentan simultaneamente dos o mas propiedades ferroicas, tienen un gran interés en la actualidad debido al gran número de apli-caciones que pueden derivarse de sus propiedades. A pesar del interés suscitado por estos materiales, Su dificultad de preparación por métodos convencionales como fases puras de estequiometria controlada y pureza adecuada limita sus aplicaciones. En este proyecto se propone el uso de dos métodos alternativos para la preparación de materiales multiferroicos con composición, estructura y microestructura controlada: a) la síntesis mecanoquímica directa y b) la descomposici6n de precursores mediante métodos térmicos con control inteligente de la temperatura. EI primer método implica la utilización de un molino planetario de alta energía de molienda, diseñado por nosotros en colaboración con la empresa MC2, Ingeniería y Sistemas, que permite controlar la atmósfera durante la mecanosíntesis hasta presiones de 20 atmósferas de cualquier gas inerte o reactivo seleccionado. EI método alternativo al propuesto anteriormente implica la preparación de diversos precursores y su posterior descomposición mediante el método de control inteligente de la temperatura. En este método, el propio proceso es quien determina, automáticamente, la progresión de la temperatura según una función de evolución del grado de avance del proceso con el tiempo, a diferencia de los convencionales, donde el operador predetermina una función temperatura-tiempo. En publicaciones previas hemos puesto de manifiesto que este método permite un control muy preciso de la textura y microestructura del producto, que no es posible empleando métodos convencionales de calentamiento. Las muestras preparadas se caracterizaran en cuanto al estado de oxidaci6n de las especies, estructura, microestructura y propiedades.


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


15-12-2008 / 15-12-2013



Investigador Principal: Agustín R. González-Elipe
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: CSD2008- 00023 (Consolider)

Equipo de Investigación: Fernández Camacho, A., Espinós, J.P., Yubero, F., Cotrino, J., Sánchez López, J.C., Barranco, A., Palmero, A., Rojas, C.

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.


Desarrollo y diseminación de nuevas técnicas de caracterización nanomecánica y standars


01-09-2008 / 31-08-2011



Investigador Principal: Asunción Fernández Camacho
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: NMP3-CA-2008-218659

Equipo de Investigación: Godinho, V., Philippon, D.

El proyecto se dedica al desarrollo, mejora, y standarización de las técnicas de caracterización, los métodos y los equipos en los ensayos nano-mecánicos. Las actividades a nivel Europeo, coordinadas por un centro virtual, mejorarán la metrología de nanoindentación actual y permitirán un conocimiento más profundo de la relación estructura-propiedades en la nano-escala. Estos métodos son una herramienta única para caracterizar el comportamiento mecánico en la nanoescala de nanocomposites, nanocapas e interfases. Este trabajo también producirá una base sólida para definer y preparer nuevos standards que soporten la metodología de caracterización de los nanomateriales. Las etapas incluyen el desarrollo de los métodos clásicos de nanoindentación dinámica y su aplicación a campos nuevos como el rayado y las medidas de desgaste y la aplicación de nano-indentadores modificados. También se trabajará en la determinación uniforme de los parámetros instrumentals y en la definición de standards par alas nuevas aplicaciones. El centro virtual diseminará la información sobre la base de una nueva "base de datos para la caracterización Nano-mecánica". Esto se conseguirá a través de los trabajos de "round robin" entre los socios é incluirá igualmente datos de de otras fuentes de investigación y la búsqueda bibliográfica.


Mecanosíntesis de hidruros metálicos y perowskitas multiferróicas en un molino planetario de alta energía de molienda bajo presiónes elevadas


01-02-2008 / 31-03-2011



Investigador Principal: Luis Allan Pérez Maqueda
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: TEP-03002

Equipo de Investigación: Gotor, F.J., Diánez, M.J., Criado, J.M., Alcalá, M.D., Poyato, J., Pérez Rodríguez, J.L., Sánchez Jiménez, P.E.

El objetivo principal del proyecto implica la utilización de un molino planetario de alta energía de molienda, diseñado en colaboración con la empresa andaluza MC2, Ingeniería y Sistemas, S.L., que permite controlar la atmósfera durante la mecanosíntesis hasta presiones de 20 atmósferas de cualquier gas inerte o reactivo seleccionado, para la síntesis mecanoquí-mica directa de dos tipos de materiales: hidruros de magnesio modificados de interés en el almacenamiento de hidrógeno y cerámicas multiferróicas. En este proyecto se propone por primera vez la preparación de cerámicas multiferróicas con estructura perowskita mediante molienda reactiva en atmósfera controlada a temperatura ambiente. Proponer nuevos métodos de síntesis para estos materiales es de gran interés pues su uso está limitado por sus dificultades de preparación, que requieren el uso de temperaturas relativamente elevadas y presiones de varios GPa. Las cerámicas preparadas se caracterizarán mediante la medida de sus propiedades eléctricas y magnéticas, correlacionándolas con su estructura y microestructura. Los hidruros de magnesio modificados se prepararán por reacción mecanoquímica directa sólido-gas bajo elevadas presiones de hidrógeno. Los materiales obtenidos se caracterizarán en cuanto a su estructura, microestructura y comportamiento como sistemas para el almacenamiento de hidrógeno; realizando una evaluación de las cinéticas de deshidrogenación e hidrogenación. También se propone el uso de los métodos de control inteligente de temperatura para optimizar el intercambio de hidrógeno.


Plasmas de nitrógeno para funcionalizacion superficial de materiales (PLASNITRO)


01-02-2008 / 31-01- 2011



Investigador Principal: José Cotrino Bautista
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P07-FQM-03298 (Proyecto de Excelencia)

Equipo de Investigación: Agustín R. González-Elipe, Francisco Yubero Valencia

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.


Producción de gas de síntesis e hidrógeno mediante reformado de hidrocarburo con catalizadores nanoestructurados de niquel


1-12-2007 / 30-11-2011



Investigador Principal: Alfonso Caballero Martínez
Organismo Financiador: Ministerio de Educación y Ciencia
Código: ENE2007-67926-C02-01

Equipo de Investigación: Juan Pedro Holgado Vázquez, Agustín R. Gon-zález-Elipe, Victor Manuel González de la Cruz, Rosa Pereñiguez Rodríguez

Este proyecto coordinado de investigación, que puede considerarse como extensión de los anteriores ENE2004-01660 y ENE2004-06176, pretende la preparación de nuevos sistemas catalíticos,con tamaños de partícula discretos y con alta resistencia a la desactivación. El objetivo ultimo es la mejora de la reacción de reformado de hidrocarburos para producción de H2(+CO), principalmente metano y propano, al ser esta una reacción dependiente de la estructura, y por tanto sensible al tamaño de partícula.

Para ello, se prepararán diferentes series de nanopartículas de níquel de tamaño y morfología bien definidos, utilizando métodos ex-situ como la irradiación mediante plasma de microondas, líquidos iónicos, microemulsión inversa o la impregnación con modificación externa del soporte por sililación.

Estos métodos nos permitirán obtener partículas con un rango de tamaños muy amplio, desde menos de 10nm hasta valores entorno a los 100nm y con una estrecha distribución de tamaños de partícula.

La actividad catalítica de estas nanopartículas, una vez depositadas en soportes como ZrO2 or Al2O3, será evaluada en las reacciones de reformado de metano y propano; estableciendo una correlación estructura-reactividad. Se estudiarán con una especial atención los procesos de deposición de carbón sobre los catalizadores en condiciones de reacción, ya que son los principales responsables de la disminución en la eficiencia de estos sistemas catalíticos. El control estricto de la morfología de las nanopartículas metálicas nos permitirá, por tanto, correlacionar la cinética de estos procesos de desactivación con sus características estructurales. Por otro lado, estudiaremos el efecto en la mejora de las prestaciones catalíticas globales de la adición de promotores como Pt, Au, Sr, K, etc.

Alternativamente, se realizará un estudio de la reacción de reformado inducida por un plasma de microondas, con el fin último de desarrollar un sistema integrado térmico-plasma, que esperamos mejore las condiciones de reacción, reduciendo la temperatura necesaria y/o disminuyendo los procesos de deposición de coque sobre los catalizadores.


Materiales compuestos de matriz cerámica y fase de baja dimensionalidad orientados a la gestión de residuos


01-10-2007 / 30-09-2010



Investigador Principal: Miguel Angel Castro Arroyo
Organismo Financiador: Ministerio de Educación y Ciencia
Código: CTQ2007-63297

Equipo de Investigación: Alba, M.D., Alvero, R., Becerro, A.I., Chain, P., Escudero, A., Naranjo, M., Trillo, J.M.

El objetivo central del Proyecto es la obtención de materiales compuestos a partir de silicatos laminares de alta carga expansibles particularmente diseñados conteniendo fases de baja dimensionalidad con actividad eficaz respecto de la retención e inmovilización de residuos tóxicos y peligrosos. El aspecto esencialmente innovador surge, de una parte, de la confluencia de los estudios que el E.I. venía realizando con investigadores de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) con los resultados del último proyecto nacional desarrollado. De otra, de la acción de reunificación de los investigadores que participan en un proyecto único, de carácter multidisciplinar, en la frontera de la química básica de los silicatos con la gestión de residuos e interpretación del fenómeno de subducción en el manto inferior de la Tierra. La hipótesis según la cual la eficacia en la eliminación de contaminantes tóxicos y radioactivos por aluminosilicatos laminares viene controlada por la disposición estructural y por la composición de las fases de baja dimensionalidad originada durante los tratamientos se ha elaborado a partir de los resultados obtenidos por el E.I. en la última década de trabajo. La metodología prevista no se limita a la síntesis de los materiales compuestos y a su caracterización, pues incorpora una medida del potencial que representarían en el tratamiento de residuos, esencialmente basados en algunos contaminantes orgánicos y cationes pesados, tóxicos y radiactivos. El desarrollo del proyecto incidirá sobre las relaciones del E.I. con los Grupos de la Universidad de Bayreuth (Alemania) y Cambridge (Reino Unido), las cuales han conducido a numerosas publicaciones conjuntas, antecedentes de la presente solicitud. El carácter multidisciplinar del proyecto junto con el marcado carácter académico y docente, se considera avales de la elevada capacidad formativa del Proyecto.


Recubrimientos nanoestructurados multifuncionales para aplicaciones mecánicas y tribológicas (NANOMETRIB)


01-10-2007 / 30-09-2011



Investigador Principal: Juan Carlos Sánchez López
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: MAT2007-66881-C02-01

Equipo de Investigación: Asunción Fernández Camacho, Cristina Fernández, Miguel Angel Muñoz-Márquez, Said El Mrabet, Vanda Godinho, M. David Abad

En el campo de las aplicaciones mecánicas y tribológicas, las investigaciones se dirigen al desarrollo de nuevos sistemas que consigan aumentar la eficiencia de operaciones industriales, equipos o herramientas mediante el incremento de la dureza, la reducción de la fricción y la velocidad del desgaste de los materiales en contacto o la resistencia a la oxidación. Estas mejoras suponen un ingente ahorro económico y energético al alargar la vida media de los materiales sin necesidad de su reparación o cambio, como también, una reducción del empleo de emulsiones lubricantes con aceites o grasas. Este proyecto se propone el desarrollo de nuevos recubrimientos nanoestructurados multifuncionales por la técnica de PVD-Magnetron Sputtering para aplicaciones mecánicas y tribológicas en los que se alcance un equilibrado compromiso entre todas las propiedades mencionadas de fricción, dureza, estabilidad térmica. La combinación de múltiples funciones en un mismo material dota de un extraordinario valor añadido al sistema. Para lograr este objetivo general se van a preparar recubrimientos caracterizados donde el tamaño y distribución de las fases componentes, la composición química y su microestructura estén confinados en el rango nanométrico. Los sistemas elegidos comprenden cristales de materiales duros (nitruros, carburos o boruros de metales de transición: Cr, Ti, W) que pueden estar rodeados de una segunda fase que actúe como lubricante a base de C o dicalcogenuros de W) y dopados con ciertos metales para incrementar su resistencia térmica (V ó Nb). En todos los casos, el proyecto comprende su síntesis, caracterización estructural y química, así como su validación práctica en ensayos mecánicos y tribológicos. El estudio de la relación existente entre la microestructura y las propiedades medidas será un objetivo esencial puesto que permitirá una mayor comprensión de los mecanismos de actuación, y por ende, la optimización de tales sistemas nanoestructurados para su mejor aprovechamiento tecnológico.


Inertización de residuos tóxicos y radioactivos en una matriz de silicatos


28-2-2007 / 1-3- 2010



Investigador Principal: Miguel Angel Castro Arroyo
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P06-FQM-02179

Equipo de Investigación: Alba, M.D., Alvero, R., Becerro, A.I., Chain, P., Escudero, A., Naranjo, M., Pavón, E., Trillo, J.

El presente Proyecto pretende emplear silicatos laminares expansibles de alta carga, diseñados bajo procedimientos que permitan controlar la cantidad y distribución de los centros tetraédricos activos, en un conjunto de tratamientos químicos suaves, en contacto con elementos tóxicos seleccionados, en colaboración con las empresas BEFESA y ENRESA, que permitan su encapsulamiento e inmovilización posterior. Durante la realización del mismo se plantea, en un primer período, analizar el efecto que las variables experimentales involucradas en el procedimiento de síntesis ejercen sobre la distribución de los centros activos de los materiales. En un segundo período, los precursores obtenidos se tratarán bajo condiciones hidrotermales, en condiciones subcríticas, con disoluciones conteniendo elementos tóxicos y radioactivos cuidadosamente seleccionados. Finalmente, se estimará el grado de retención de los elementos en las nuevas fases obtenidas. El Equipo Investigador (E.I.) responsable de la realización del Proyecto incorporará una metodología experimental desarrollada recientemente en su seno que incluye el empleo combinado de técnicas tales como la Resonancia Magnética Nuclear de Sólidos, la Difracción, y la Fluorescencia y Microfluorescencia de Rayos X, que suministrarán información acerca tanto del orden a largo alcance como del entorno local de los centros activos de los residuos, responsables de su peligrosidad. Ello deberá suministrar información directa, no disponible en la actualidad, acerca del mecanismo final de fijación, piedra angular del Proyecto. Los Resultados esperados aportarán, desde el punto de vista de la investigación desarrollada, información básica útil acerca de los mecanismos de interacción de iones metálicos con la red de silicatos laminares expansibles y su relación con el ordenamiento local de los átomos constituyente de éstos y, en segundo lugar, un conocimiento útil, de carácter aplicado, que permita desarrollar nuevos procedimientos adecuados de encapsulamiento de residuos industriales, en conexión con las colaboraciones actualmente desarrolladas con empresas del sector, lo cual marca el carácter innovador del mismo.


Diseño de sistemas fotocatalíticos con alta actividad en el visible para aplicaciones ambientales


01-01-2007 / 31-12-2010



Investigador Principal: Gerardo Colón Ibáñez
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: FQM-1406

Equipo de Investigación: José Antonio Navío Santos, Manuel Macías Azaña, Carmen Hidalgo López, Marina Maicu

La Fotocatálisis ha demostrado ser una técnica muy eficiente en la oxidación de una gran variedad de sustratos en cortos tiempos de reacción. Es conocido que los catalizadores más utilizados, solo pueden ser activados por radiaciones menores de 390 nm, constituyéndose en una limitación para su empleo a mayor escala por el impedimento de usar luz solar. El objetivo principal de este proyecto se basa en el desarrollo en nuestro laboratorio de sistemas basados en TiO2 de alta eficiencia fotocatalítica en UV, capaz de degradar de forma no selectiva a especies tóxicas presentes en nuestro medio ambiente. El reto es superar los problemas derivados de la utilización sólo de la parte UV del espectro solar. El bloque central de la actividad de este proyecto consistirá en el desarrollo de sistemas de óxidos de Ti y Zn dopados, de forma que podamos obtener sistemas cuyo umbral de absorción esté en la región del visible. 

Así, desde el punto de vista de la mejora en las eficiencias de los procesos fotocatalíticos, es evidente que el diseño y desarrollo de fotocatalizadores alternativos al TiO2 es de un interés considerable. Se pretende la obtención de materiales altamente eficientes en procesos fotocatalíticos heterogéneos (en fase líquida y gaseosa) mediante la incorporación de distintos dopantes y la inmovilización de estos sistemas en distintos soportes. Para ello se abordarán distintas rutas de síntesis de polvo, y métodos de deposición. La evaluación la actividad fotocatalítica de los catalizadores se abordará estudiando procesos de fotooxidación de distintos compuestos orgánicos tóxicos (fenol y pigmentos orgánicos).


Nuevos procesos de bio-ceramización aplicables a estructuras vegetales jerarquizadas


01-10-2006 / 30-09-2010



Investigador Principal: Julián Martínez Fernández
Organismo Financiador: Unión Europea
Código: STRP 033277 TEM-PLANT

Equipo de Investigación: Ramírez de Arellano-López, A., Jiménez, M., Marrero, M., Clauss, M., Bravo, A., Quispe, J.J.

El Proyecto TEM PLANT se centra en el desarrollo y aplicación de procesos avanzados para transformar estructuras jerarquizadas vegetales en dispositivos biomédicos innovadores con comportamientos anisotrópicos inteligentes y características biomédicas avanzadas, diseñadas para la sustitución de huesos y ligamentos. Las bioestructuras naturales normalmente poseen propiedades superiores a sus análogos sintéticamente fabricados con iguales composiciones de fase, ya que están sumamente organizadas desde las escalas molecular, a la nano, micro y macroscópica, siempre de una forma jerarquizada, con unas arquitecturas complejas pero extremadamente funcionales capaces de adaptarse constantemente a los cambios mecánicos necesarios. El proyecto TEM-PLANT combina la biología, química, ciencia de materiales, nanotecnología y tecnologías de producción, en nuevos y complejos procesos de transformación que originen materiales para implantes óseos o sustitutos de ligamentos. Partiendo de la materia prima vegetal adecuadamente seleccionada, se originarán precursores carbonosos, sobre los cuales se realizará procesos de infiltración en fase líquida o vapor de silicio y calcio, electroforesis y mineralización/deposición superficial, produciendo estructuras cerámicas inertes/reabsorbibles de carburo de silicio/apatita.

Los experimentos de implantación in vivo demuestran la excelente biocompatibilidad de este nuevo material, y cómo es colonizado por el tejido óseo anfitrión debido a su porosidad jerárquicamente interconectada única. Este proyecto desarrollará materiales ligeros y resistentes para la sustitución de huesos con una estructura-morfología adecuada para una funcionalidad mecánica óptima, lo que abriría las puertas a una amplia nueva generación de aplicaciones biomédicas.


icms