Proyectos
Con cofinanciación FEDER
POROMET: «Métodos alternativos para la fabricación de placas porosas metálicas » (RTC2019-007426-3)
Proyecto NANOPROT » Nanostructured Environmental Barrier Coatings for C/C and SiC-C/C Composites.”
IPT-2012-0560-010000: “SIL-OSS: Biomaterial Osteoinductor para Regeneración Ósea.”
MAT2010-17753 – Nuevos Materiales Cerámicos Bioactivos en Sistemas de Equilibrio y en No Equílibrio
MAT2010-16614:Eco-Friendly Soft Processing of Electroceramics.
POROMET: «Métodos alternativos para la fabricación de placas porosas metálicas» (RTC2019-007426-3)
Proyecto en cooperación entre AMES PM TECH CENTER, S.A. AMES SOLSONA SINTERING, S.A.;
AGENCIA ESTATAL CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC) financiado por el MINISTERIO DE CIENCIA E INNOVACIÓN.
POROMET tiene un como objetivo el desarrollo de filtros con una porosidad prediseñada por colado en cinta de suspensiones de polvo metálico y sinterización.
En POROMET se implementará una tecnología eficiente para la fabricación de colectores de corriente en una pila PEM o electrolizador HPEM.
AMES Solsona desarrollará un nuevo producto de alto valor añadido para la generación limpia de energía, y AMES PM Tech desarrollará rutas
alternativas de procesamiento de polvos vía húmeda, para fabricar piezas bidimensionales con una forma y estructura lo más cercana posible
a la forma final, que le permita rebajar costes de post-sinterización (rectificado, torneado o laminación).
CSIC-ICV innovará optimizando suspensiones de polvo metálico de alto impacto tecnológico, como el Ti y el Acero inoxidable,
para la colada en cinta de piezas planas con elevada porosidad.
Una tecnología nunca antes implementada en un proceso industrial en entorno pulvimetalúrgico.
Proyecto METALDIS “Desarrollo semi-industrial de procesos de dispersión en vía húmeda para la industria pulvimetalúrgica”
Proyecto en cooperación entre AMES Barcelona Sintering S.A (AMES), el INSTITUTO DE CERÁMICA Y VIDRIO (CSIC) y Fundació EURECAT financiado por el MINISTERIO DE CIENCIA, INNOVACIÓN Y UNIVERSIDADES.
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El objetivo empresarial del proyecto es el desarrollo de nuevas formulaciones de polvo premezclado de fabricación propia, en materiales base hierro, para su uso en la industria pulvimetalúrgica de componentes estructurales y magnéticos de grandes series.
La novedad tecnológica del proyecto descansa sobre el desarrollo del mezclado industrial en vía húmeda de polvo metálico, y su implementación semi-industrial en la cadena de producción de “prensado-sinterizado” del grupo de empresas AMES; así como en el desarrollo de nuevas aleaciones maestras por atomización centrifuga de polvos.
Proyecto NANOPROT » Nanostructured Environmental Barrier Coatings for C/C and SiC-C/C Composites.”
Proyecto en cooperación entre Aernnova Engineering Division (AED) y el INSTITUTO DE CERÁMICA Y VIDRIO (CSIC) financiado por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad, Objetivo general: El objetivo del proyecto es el desarrollo de nuevos recubrimientos compuestos vitrocerámico/grafeno para la protección de componentes estructurales de los sistemas de protección térmica, en la industria aeroespacial, frente a condiciones de trabajo extremas de temperatura y atmosfera, con funcionalidades adicionales como alta conductividad eléctrica y direccionalidad en la disipación del calor. Los resultados más importanes han sido:
- 1. Desarrollo de un procedimiento de obtención en un solo paso de recubrimientos compuestos vitrocerámico/grafeno mediante proyección térmica por llama de mezclas homogéneas, en forma de gránulos, de los óxidos precursores del vidrio y de nanoplaquetas de grafeno. .
- 2. Se han conseguido recubrimientos con una buena dispersión del grafeno localizado en los bordes entre las lamelas vitrocerámicas, formando una red interconectada a través de toda la longitud y espesor del recubrimiento (entre 100 y 200 µm). De esta forma se obtiene un incremento de conductividad eléctrica de hasta 15 órdenes de magnitud, (hasta 1,4·102 S.m-1), para contenidos de nanoplaquetas tan bajos como el 4% vol. Hasta ahora estos valores nunca se han reportado en recubrimientos inorgánicos con contenidos similares de grafeno. También se consigue un aumento del 30% en la conductividad térmica y una reducción del módulo elástico de un 30%, mejorando su comportamiento frente a las solicitaciones mecánicasa.
- 3. Además, los recubrimientos muestran comportamientos tribológico y frente a la ablación mejorados como consecuencia de la presencia de esta red de grafeno orientada paralelamente a la superficie Más Información
Proyecto HEFESTO: «Generación de Nuevos Sistemas Sostenibles de Horneado para Reducir Consumos y Tiempos de Proceso.”
Proyecto en cooperación entre IMASDEA, el INSTITUTO DE LA CERÁMICA Y EL VIDRIO (CSIC), la UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA y la empresa STISTEMAS DE NUEVA AUTOMATIZACIÓN, S.L. financiado por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad, Convocatoria RETOS-COLABORACIÓN 2016 y cofinanciado por la Unión Europea. Objetivo general: desarrollar una nueva línea de tecnología limpia y competitiva económicamente, que sea sustitutiva de los actuales hornos de cocción/horneado a gas, eliminando las emisiones de contaminantes reduciendo el consumo energético y a la atmosfera. Objetivos específicos:
- Determinación del consumo energético de las líneas de horneado seleccionadas, así como las emisiones que generan, huella CO2 y uniformidad de calentamiento, ciclo térmico, etc.
- Desarrollo de nuevas formulaciones cerámicas escalables que actúen como transductores de energía de microondas en energía calorífica.
- Fabricación de un prototipo de horno túnel de microondas específico para el horneado asistido por microondas
- Caracterización de los parámetros de calidad y consumo energético en horno túnel de microondas
- Validación del nuevo sistema productivo: material-horno.
- Cuantificar el ahorro energético y reducción de emisiones potenciales derivados del uso de esta tecnología a nivel industrial.
PID 600200-2009-5: «Desarrollo de Recubrimientos Nanoestructurados Fotocatalíticos con Altas Prestaciones por Procedimientos Escalabes a la Industria» (FOTOCER).”
Presupuesto: El Proyecto, financiado parcialmente por el Ministerio de Ciencia e Innovación y cofinanciado con fondos FEDER, cuenta con un presupuesto de 1.107.384,50 €, de los cuales 163.049 € constituyen la subvención concedida al ICV-CSIC. Participantes:
- Los centros tecnológicos son: • Instituto de Tecnología Cerámica, en adelante ITC, que actúa como coordinador del proyecto. • Asociación de Investigación de las Industrias del curtido y anexas, en adelante AIICA. • Centro Tecnológico de Cereales, en adelante CETECE. • Centro de Tecnologías Electroquímicas, en adelante CIDETEC. Los centros públicos de I+D+i son: • El Instituto de Cerámica y Vidrio (en adelante ICV) que pertenece al CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Científicas). • El Instituto de Tecnología de Materiales (en adelante ITM) que es un Instituto Tecnológico perteneciente a la Universidad Politécnica de Valencia.
Objetivos: El objetivo principal del proyecto es el desarrollo de recubrimientos fotocatalíticos que den lugar a superficies con propiedades bactericidas y autolimpiables, mediante procesos que proporcionen un efecto fotocatálitico eficaz y duradero, a la vez que sean susceptibles de ser escalados a nivel industrial. Los objetivos relacionados con las técnicas de obtención de los recubrimientos son:
- Estudiar la viabilidad de aplicación de las técnicas de proyección por plasma atmosférico (APS) y deposición electroforética (EPD) para la obtención de recubrimientos fotocatalíticos.
- Diseñar procesos de preparación de suspensiones concentradas con materiales nanométricos para su aplicación por APS y EPD.
- Diseñar procesos de proyección por APS utilizando como alimentación líquidos (disoluciones y suspensiones concentradas) en la antorcha del plasma.
- Diseñar procesos de reconstitución de polvos nanoestructurados para su proyección por APS
- Desarrollar métodos de deposición de recubrimientos fotocatalíticos que den lugar a superficies con mejores propiedades mecánicas y de resistencia frente al desgaste, que las obtenidas mediante las técnicas habitualmente utilizadas
- Estudiar la viabilidad de combinar técnicas de deposición (plasma+EPD) para la mejora de las propiedades de los recubrimientos.
Los objetivos relacionados con las propiedades y aplicaciones de los materiales desarrollados son:
- Estudiar y desarrollar la aplicación de las técnicas de deposición APS y EPD para la obtención de superficies con propiedades bactericidas.
- Estudiar y desarrollar la aplicación de las técnicas de deposición APS y EPD para la obtención de superficies con la capacidad de degradar la materia orgánica y descontaminar aguas
- Estudiar y desarrollar demostradores de las aplicaciones de la tecnología fotocatalítica en el sector de la alimentación.
- Estudiar y desarrollar demostradores de las aplicaciones de la tecnología fotocatalítica en procesos de tratamientos para la depuración de aguas
- Estudiar y desarrollar demostradores de las aplicaciones de la fotocatálisis en procesos de tratamiento de aguas para la eliminación de LegionellaTransferir a las empresas los resultados del proyecto.
- Integrar sistemas de caracterización avanzados para dar soporte tecnológico a sectores involucrados
Relevancia e impacto del Proyecto El desarrollo de los recubrimientos fotocatalíticos está basado, principalmente, en el gran número de aplicaciones de estos recubrimientos. El destino de estas aplicaciones abarca un amplio abanico de sectores industriales, entre ellos los de la alimentación y de curtidos hacia los que se han dirigido parte de los demostradores planteados. Sin embargo, las superficies que se obtienen tras la deposición de los recubrimientos fotocatalíticos encuentran aplicación en otro tipo de entornos en los que las condiciones higiénicas son de vital importancia como los quirófanos, hospitales y centros sanitarios en general. Dentro de las posibles aplicaciones de los materiales a desarrollar, son de especial importancia las relacionadas con la eliminación de la bacteria Legionella que supondrá una importante novedad de enorme impacto a nivel nacional e incluso internacional. Además, la utilización de las técnicas previstas (APS y EPD) para la deposición de los recubrimientos permitirá incrementar las prestaciones de las superficies aplicadas, confiriéndoles mejores propiedades mecánicas y tribológicas.. Todo ello, permitirá disponer de una nueva técnica para el tratamiento de aguas residuales de gran relevancia, puesto que se trata de una tecnología limpia que únicamente precisa de la presencia de radiación ultravioleta y que tendrá aplicaciones en todos los sectores industriales. El procesado de nanopolvos propuesto, permitirá disponer de los métodos adecuados para la deposición de materiales nanométricos alimentados tanto en forma sólida como líquida, mediante la técnica APS, superando así una de las limitaciones en la aplicación de esta técnica para la obtención de recubrimientos nanoestructurados. Las técnicas APS y EPD desarrolladas para la obtención de recubrimientos fotocatalíticos nanoestructurados tendrán un gran impacto, puesto que su sencillo escalado industrial permitirá superar la principal limitación para la aplicación de esta prometedora tecnología, dados los problemas de rendimiento y coste de las técnicas que actualmente se utilizan para la obtención de este tipo de materiales
RTC-2014-1731-1: «Evaluación de Compatibilidad de SIL-OSS con Implantes Intraóseos y otras Aplicaciones en Odontología.”
Presupuesto: El Proyecto ha contado con un presupuesto total financiable de 344.877.78 € que ha sido financiado parcialmente por el Ministerio de Ciencia e Innovación y cofinanciado con fondos FEDER. El presupuesto del ICV ha sido de 26.991,00€. Participantes:
- AZUREBIO S.L.
- Instituto de Cerámica y Vidrio (CSIC)
- Facultad de Medicina y Odontología y Facultad de Veterinaria (Universidad de Santiago de Compostela)
- Facultad de Odontología (Universidad de Granada)
Objetivos: Estudiar el comportamiento del hueso regenerado por Sil-Oss implantado con implantes intraóseos de titanio, así como llevar a cabo estudios preliminares de otras posibles aplicaciones de Sil-Oss en regeneración de tejido dentinario. Resumen de los principales avances y logros obtenidos del proyecto: Se han preparado y caracterizado los granulados de SIL-OSS. Se ha realizado la implantación de Sil-Oss en perros con defectos defenestración a la colocación de implantes. Se ha comenzado el ensayo clínico de Sil-Oss en regeneración ósea en aumento lateral de cresta alveolar. Se ha comenzado la fabricación de los materiales y variaciones con perfil de liberación y características físicas mejoradas.
IPT-2012-0560-010000: “SIL-OSS: Biomaterial Osteoinductor para Regeneración Ósea.”
Presupuesto: El Proyecto ha contado con un presupuesto total financiable de 322.896.60 € que ha sido financiado parcialmente por el Ministerio de Ciencia e Innovación y cofinanciado con fondos FEDER. El presupuesto del ICV ha sido de 72.387,20€. Participantes:
- AZUREBIO S.L.
- Instituto Cerámica y Vidrio (CSIC)
- Facultad de Medicina de la Universidad de Salamanca
- Centro de Cirugía de Mínima Invasión
Objetivos: El proyecto tiene como objetivo el desarrollo experimental de un nuevo biomaterial de regeneración ósea totalmente reabsorbible y con mayor capacidad osteoconductora y osteoinductora que los existentes en el mercado. Resumen de los principales avances y logros obtenidos del proyecto: El Material desarrollado, Sil-Oss se encuentra actualmente en fase de desarrollo como producto sanitario de Clase III. A día de hoy se han realizado los ensayos que avalan la seguridad, eficacia y alto índice de reabsorción de Sil-Oss. La evidencia proporcionada por estos ensayos ha permitido la puesta en marcha de un ensayo clínico de regeneración de alveolo dental en humanos que está siendo llevado a cabo por la Universidad de Salamanca.
MAT2010-17753 – Nuevos Materiales Cerámicos Bioactivos en Sistemas de Equilibrio y en No Equílibrio
Presupuesto: El Proyecto ha contado con un presupuesto financiable de 96.800,00 € que ha sido financiado parcialmente por el Ministerio de Ciencia e Innovación y cofinanciado con fondos FEDER. Participantes:
- Instituto de Cerámica y Vidrio (ICV) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
- Servicio de Anatomía Patología del Hospital Universitario de Getafe
- Unidad de Laparoscopia del Centro de Cirugía de Mínima Invasión Jesús Usón de Cáceres
- Departamento de Estomatología 1 de la Facultad de Odontología UCM
Objetivos 1) Generar nuevos conocimientos fundamentales científicos dentro del sistema ternario Ca3(PO4)2-CaSiO3-CaMg(SiO3)2. 2) Diseñar y obtener nuevos biomateriales bioactivos con microestructura y/o composición eutéctica, potencialmente osteointegrables, dentro del sistema ternario Ca3(PO4)2-CaSiO3-CaMg(SiO3)2 y su caracterización fisco-química y evaluación in vitro. 3) Diseñar y obtener nuevos biomateriales bioactivos densos y macro-porosos con la composición eutéctica del subsistema binario Ca3(PO4)2-CaSiO3 y su caracterización fiscoquímica y evaluación in vitro e in vivo en un modelo animal. 4) Diseñar, obtener, caracterizar fisicoquímicamente y evaluar in vitro biomateriales bioactivos y osteointegrables multifásicos con percolación de fases fundamentados en fosfatos cálcicos, silicatos cálcicos y poros. 5) Sintetizar, preparar, caracterizar y optimizar pastas fundamentadas en CaSiO3 para su aplicación en pulpotomía, pulpectomía, apicogénesis y apicoformación y su posterior evaluación clínica. Resumen de los principales avances y logros obtenidos del proyecto Se han obtenido nuevos conocimientos fundamentales científicos dentro del sistema ternario Ca3(PO4)2-CaSiO3-CaMg(SiO3)2. Con esta información, se han diseñado materiales biocompatibles, reactivos y/o bioactivos en condiciones fisiológicas con aplicación potencial como materiales de reparación y regeneración ósea. El diseño y la obtención de los nuevos biomateriales se ha abordado tanto en condiciones de equilibrio termodinámico entre sus fases componentes como en ausencia de este, como una vía novedosa para aumentar su reactividad en condiciones fisiológicas. Abordándose el diseño de estructuras de nuevos materiales con porosidad, reactividad y bioactividad in vitro elevadas, de modo que se facilita su osteointegración in vivo. Una vez establecidas las condiciones de obtención de los biomateriales, estos se han procesado, obtenido y caracterizado exhaustivamente desde el punto de vista químico-físico y micro-estructural, y se han llevado a cabo estudios in vitro en suero fisiológico artificial y en cultivos celulares para determinar su comportamiento bioactivo así como estudios in vivo preclínicos en modelo animal (tibia de oveja). Finalmente, se ha evaluado clínicamente la eficacia de uno de los materiales derivados del proyecto como biomaterial para recubrimiento pulpar en Endodoncia. Se ha consolidado un equipo investigador multidisciplinar en el campo de la ciencia de los biomateriales. Alguno de los materiales derivados de las investigaciones realizadas en colaboración con la empresa Azurebio s.l. ha sido objeto de protección de su propiedad intelectual. Durante el proyecto se han generado 32 presentaciones a congresos, 23 Artículos científicos (peer-review incluidos en el Science Citation Index, SCI), 2 Capítulos de Libros, se han leído 2 Tesis Doctorales y se han gestionado 2 patentes (una Europea y otra Nacional).
MAT2010-20459 – Bases Estructurales de las Propiedades de Transporte en Vidrios con Interés Tecnológico (PROGLASS)
Presupuesto: El Proyecto cuenta con un presupuesto financiable de 80.000 € que ha sido financiado parcialmente por el Ministerio de Ciencia e Innovación y cofinanciado con fondos FEDER. Así mismo, se concedió una Beca FPI para la realización del proyecto Participantes: M.J.Pascual (Científico Titular, IP) F.Muñoz (Científico Titular) A. Durán (Profesora de Investigación) A. de Pablos Martín (JAE-Predoctoral) N. Mascaraque (Becara FPU) L.Muñoz (Becaria FPI) Objetivos El objetivo de este proyecto es el estudio de la relación entre la estructura atómica y las propiedades de transporte de dos sistemas vítreos modelo con aplicaciones en el campo de la energía y la fotónica. • La aplicación de nuevos vidrios de fosfato de litio con elevada conductividad iónica como electrolitos en baterías recargables obliga a modificar la composición, bien por adición de diferentes elementos formadores de red o intermedios que forman nuevas unidades estructurales, o mediante modificaciones de la red aniónica, por sustitución parcial de oxígeno por nitrógeno o por flúor, para generar un aumento de la movilidad de los iones litio. La obtención de nuevos vidrios conductores de litio daría mayor versatilidad a las actuales baterías de litio, no solo por la ventaja de ser electrolitos sólidos sino también facilitando el procesamiento y aumentando la estabilidad térmica y química. El estudio de las relaciones estructura-propiedades de transporte permitirá avanzar en el conocimiento de los mecanismos que rigen estas propiedades y optimizar simultáneamente todas las propiedades relevantes a la aplicación propuesta. • El desarrollo de vidrios de silico-aluminato precursores de vitrocerámicos transparentes, con distribución homogénea de fases cristalinas por debajo de 30 nm, más la incorporación de elementos de tierras raras a las fases nano-cristalinas de fluoruro dentro de una matriz vítrea transparente, constituye una novedad tecnológica muy importante para el desarrollo de nuevos materiales en el campo de las telecomunicaciones y de la fotónica. Las excelentes propiedades mecánicas y químicas de los vidrios de aluminosilicato, mejoradas tras la desvitrificación controlada de fases nanocristalinas, junto con su facilidad de conformado, son ventajas únicas de estos nano-materiales. Su caracterización estructural y la evolución de las propiedades reológicas de la matriz y de las interfases durante el proceso de cristalización, permitirá identificar los mecanismos que gobiernan la cristalización inhibiendo la etapa de crecimiento. Será también posible seguir la modificación del entorno de los dopantes, promoviendo su localización en los cristales de fluoruro, para aumentar la intensidad de la emisión de la luminiscencia lineal y de up-conversion y el tiempo de vida de las emisiones. Resumen y resultados más relevantes. En el proyecto PROGLASS (MAT2010-20459) se ha abordado el estudio de la relación entre la estructura y las propiedades de transporte en dos sistemas con elevado interés tecnológico: vidrios de fosfato con alta conductividad iónica para su aplicación como electrolitos sólidos en baterías recargables de litio y vidrios de silico-aluminato, precursores de nano-vitrocerámicos transparentes que, dopados con tierras raras, tienen un papel destacado en aplicaciones fotónicas y telecomunicaciones. Por un lado, se han estudiado vidrios de oxinitruro con otras sustituciones aniónicas (F- o S2-) y con óxidos estabilizadores, como ZnO y Al2O3, o formadores de red (B2O3). Se caracterizaron las propiedades eléctricas, enfocadas a la aplicación de vidrios de fosfato de litio como electrolitos sólidos, y su viscosidad, estudiando la reología de vidrios de fosfato y su relación con la estructura atómica. Los estudios estructurales se han basado en espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear (RMN), difracción de neutrones y espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS). Por otro lado, se han caracterizado las propiedades reológicas de vidrios de metafosfato con diferentes relaciones modificador/formador, analizando la relación entre características químicas y estructurales con las propiedades térmicas. En el campo de los vitrocerámicos transparentes de oxifluoruro, se ha avanzado en el estudio de la estructura de los materiales y de los entornos de coordinación de los dopantes y su difusión desde la matriz vítrea a los cristales de fluoruro, a través de técnicas avanzadas de RMN, difracción de rayos x (DRX), espectroscopia de absorción de rayos X (XANES y EXAFS) con radiación sincrotrón, y microscopía electrónica de alta resolución en los vitrocerámicos de LaF3. Esto ha permitido confirmar y modelizar los mecanismos de cristalización propuestos. Se ha logrado establecer un modelo descriptivo de las fases que se forman durante la cristalización y de los cambios químicos alrededor de los núcleos y el aumento de su rigidez como función del tiempo de tratamiento. Además, se ha profundizado en la preparación y caracterización de vitrocerámicos con fases de fluoruros dobles NaLaF4, KLaF4, NaYF4 y en la optimización de la eficiencia óptica en función de los dopantes y co-dopantes y de los tratamientos térmicos de nucleación/cristalización. Estos estudios han dado lugar a la publicación de 17 artículos en revistas SCI, a la lectura de una tesis doctoral en 2012 y la realización de dos tesis doctorales más a presentar en 2014 y 2015.
INNPACTO2010:Fabricación de Micropartículas Esféricas Vítreas con Propiedades Cementanates (Cemesferas).
Presupuesto: El Proyecto cuenta con un presupuesto de 3.856.267,66€ y ha sido financiado parcialmente por el Ministerio de Ciencia e Innovación y cofinanciado con fondos FEDER como Proyecto INNPACTO 2010. Participantes: Los participantes en este proyecto son: • FCC CONSTRUCCIÓN, S.A., • Instituto de Cerámica y Vidrio del CSIC • E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid. Objetivos El objetivo general de presente proyecto es desarrollar nuevos productos con propiedades cementantes basados en micropartículas esféricas vítreas, así como su proceso de fabricación, de tal modo que puedan ser utilizadas como componentes de fabricación de cemento, mejorando las propiedades mecánicas y químicas. Con estos nuevos productos se va a mejorar enormemente la eficiencia energética en el proceso de fabricación del cemento y una reducción significativa de las emisiones de CO2.
MAT2010-16614:Eco-Friendly Soft Processing of Electroceramics.
Presupuesto:
El Proyecto cuenta con un presupuesto de 96.800 € y ha sido financiado parcialmente por el Ministerio de Ciencia e Innovación y cofinanciado con fondos FEDER.
Participantes:
El personal participante en este proyecto han sido investigadores y personal en formación del Instituto de Cerámica y Vidrio.
• Marina Villegas Gracia (Investigadora)
• Amador Caballero Cuesta (Investigador)
• Marco Peiteado López (Becario Postdoctoral)
• Teresa Jardiel Rivas (Becaria Postdoctoral)
• Mara Bernardo Sacristán (Becaria Predoctoral)
• María Verde Lozano (Becaria Predoctoral)
Objetivos:
The concept of bio-inspired soft solution processing has been proposed in the last years as the sustainable way of processing advanced materials. This concept has superlative benefits like energy saving, simplicity, cost effectiveness and nor or little waste so, in essence, with an eye on the environmentally benign conditions and without leading to the global warming. Inspired by the natural processes and the energy by them required, it basically covers all kind of processes to prepare materials which can be operated under ambient, near ambient or just above the ambient conditions.
Following this approach the present project pursues to develop an eco-friendly processing for the obtaining of modern multifunctional electroceramics, which generally are produced by processing techniques that consume high energy in terms of temperature, pressure, vacuum, as well as expensive/sophisticated equipment and/or multi-step fabrication.
AIM: The project pursues the synthesis and consolidation of electroceramic materials by applying bio-inspired solution processing methods. Depending on the complexity of the involved materials there are two ways to be explored:
i) Direct fabrication of ceramic films from a solution without firing or post-treatment. Nucleation and growth rates of ceramic compounds must be matched with the precipitation rates of the multiple components. Single or double oxides films can be form and crystallized if a chemical driving force exists. Interfacial relations between the substrate and the solute can be activated electrochemically by an applied external electric field or UV radiation.
ii) Low temperature processing from ceramic nanoparticles. For complex new double or triple oxides in which the “one step approach” is not possible, the process will be split into two steps; synthesis of suitable oxide nanoparticles as precursors and subsequent reaction-sintering process at very low temperature activated by pressure (hydrothermal conditions) or an electric field.
THE MATERIALS: The approach described above will be applied to three different types of electroceramic materials. These types are defined by their electric behavior and application, and their composition complexity changes from slightly doped single oxides to complex solid solutions between double oxides. For clarity, the materials are shown grouped by electrical families:
ZINC OXIDE BASED SEMICONDUCTORS: ZnO-based varistor materials are universally used in circuit protection. The development of varistor-like nanopowders that could be dissolved/embedded in a variety of polymeric substrates would be a most relevant achievement allowing new levels of component integration and circuit miniaturization. Transparent conductive oxides have attracted much attention as electrodes for flat panel displays, thin film photovoltaics, dye-sensitized solar cells and organic light emitting diodes. Indium-tin oxide (ITO) is widely used in most applications, but indium is a very expensive, toxic, and highly pollutant material. Aluminium-doped ZnO has shown excellent performance and is a very attractive alternative: achieving ZnO-based contacts to organic semiconductors, based on ZnO adsorption at the polymer surfaces and subsequent reaction and formation of a conductive hybrid, will reduce costs and environmental impact.
LEAD FREE PIEZOELECTRICS: The most relevant piezoelectric ceramic are lead zirconate titanate (PZT)-based compositions. They find extensive applications as sensor materials (or transducers or actuators) in smart structures, medical imaging devices, and MEMS. However nowadays there are two demands on new piezoelectric materials. New piezoelectrics for working in severe environmental conditions (especially high temperature) are needed since PZT working temperature never exceeds 300ºC. Bi-based Aurivillius compounds are still promising candidates, however uncontrolled growth during the heat treatments needed to synthesize and sinter both bulk and film configurations, is still a major drawback. Such a growth increases the electrical conductivity and this is detrimental for the possible piezoelectric response. On the other hand environmental concerns necessitates that the increasing market of piezoceramic sensors and actuators can be delivered with lead-free piezoelectric ceramics. Lead-free piezoceramics whose properties match those of PZT are strongly demanded. Recently, theoretical works have predicted the large ferroelectric polarization and piezoelectricity in the hypothetical perovskite-structure oxides bismuth aluminate (BiAlO3) and bismuth gallate (BiGaO3). BiAlO3 is isotypic with multiferroic perovskite-like BiFeO3 and shares structural characteristics with antiferrodistortive PbZrO3. Therefore, Bi(Al,Ga)O3 system has been proposed as a replacement for the widely used piezoelectric material, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT). However, the proposed phases have been synthesized only at high temperature and pressure conditions and up to date no dense single films or bulk samples have been properly obtained to characterize the actual piezoelectric response. The low temperature approach combined with a local relatively high electric field is a promising one to success in obtaining a film suitable for piezoelectric measurements. Actually, no experimental piezoelectric coefficients have been reported in the literature for these materials.
MULTIFERROIC MATERIALS: Multiferroics are materials in which magnetization and polarization can coexist. These materials enable the possibility of the electrical control of magnetic state (or viceversa). They can be the key for new applications still in a research and development state like spintronics. Among the known possibilities to produce a material with a ferroelectric state in a magnetically ordered state, the two following approaches can be considered: (1) Bi3+or Pb2+ (on the A-site) based perovskites with magnetic transition-metal ions on the B-site; (2) ferromagnetic superlattices. Within this approaches, BiFeO3 based materials are among the most promising ones. However, understanding the basic conditions for a synthesis of the single phase is still lacking. Authors repeatedly report problems related to the synthesis of this material, and no direct explanation has been given yet for the persistent appearance of secondary phases. Researchers have suggested different reasons for the appearance of the secondary phases: BiFeO3 described as metastable, off-stoichiometric, having a low peritectic decomposition temperature, or with Bi2O3 evaporation affecting its formation. All these assumptions find their origin in the heat treatment; for instance, the stabilization of sillenite Bi25FeO39 at high temperature has been reported to be critical. Therefore the preparation of stable single phase films of BiFeO3 at low temperature from solutions needs is a promising route.