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Nuevos avances en Ciencia de Materiales

Ciencias de la Vida y de la Materia Mesa Redonda Miércoles, 3 de mayo de 2023, 17:00 horas Madrid

Información general:

Sede: Fundación Ramón Areces - salón de actos. Calle Vitruvio, 5. 28006. Madrid.

Asistencia gratuita. Necesaria inscripción online previa. Aforo limitado. 

 

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Los materiales avanzados son claves para la fabricación con alto valor añadido. Su aplicación en los sectores industriales es indispensable para mejorar la competitividad y el desarrollo sostenible. Un transporte más limpio y rápido, nuevas tecnologías en baterías, captura y almacenamiento de CO2, textiles inteligentes, nuevos implantes quirúrgicos... y un largo etcétera son algunos ejemplos donde nuevas tecnologías necesitarán del desarrollo de materiales con propiedades muy específicas, que logren obtener productos más baratos, con mejores prestaciones, más duraderos, menos contaminantes y con mayor valor añadido. En esta mesa se discutirán nuevos avances en ciencia de materiales que nos harán soñar con una mejor calidad de vida.


Pablo Ordejón. Materiales Cuánticos y Nanomateriales
Todos los materiales están hechos de átomos que, con sus núcleos y electrones, forman enlaces químicos que dan lugar a su estructura y a todas sus propiedades. La mecánica cuántica determina como se producen estos enlaces y estructuras, y por tanto todas las propiedades de los materiales. Aún así, muchas de estas propiedades pueden entenderse a partir de una descripción clásica al nivel macroscópico (aunque los parámetros clásicos estén determinados por propiedades cuánticas). Sin embargo, recientemente existe un enorme interés en materiales (llamados materiales cuánticos) en los que los efectos cuánticos se manifiestan a escalas macroscópicas, y determinan algunos de sus comportamientos. De manera similar, los materiales que tienen tamaños o estructuras de tamaño nanométrico (los nanomateriales) poseen propiedades dramáticamente diferentes de los materiales de la misma composición y estructura, pero con dimensiones macroscópicas. Esta presentación dará una visión rápida de estos tipos de materiales y de las enormes perspectivas que abren para desarrollar nuevas tecnologías.

Juan Carda Castelló. Innovación en el campo de la Ciencia de los Materiales: Nuevas funcionalidades en el campo de los materiales cerámicos, vítreos y vitrocerámicos

La industria cerámica se encuentra actualmente sometida a grandes retos, como es el alto grado de internacionalización, por los grandes volúmenes de exportación a los mercados internacionales, más del 80% de los productos fabricados, así como la transformación tecnológica a que se ve sometida debida a la necesidad de digitalización de sus procesos (industria 4.0, Big Data).

Por otra parte, dicha industria consume muchos recursos naturales (arcillas y otros derivados naturales, recursos hídricos) y sobre todo, consume mucha energía para llevar a cabo sus procesos productivos, en este caso, el gas natural.

Por todo ello, hay una necesidad de innovar en sus procesos y también en sus productos, a través de sistemas que permitan economizar dichos recursos naturales y también los energéticos, donde permitan también disminuir sus emisiones (menores emisiones de CO2 y de la huella del carbono).

Por ello, las líneas de innovación se deben dirigir a un cumplimiento de los ODS, en este caso, a sistemas que impliquen los conceptos de economía circular, medioambiente y por otra parte, también la valorización de sus productos, de cara a ser más competitivos en los mercados internacionales donde se exportan.

Un reto es diseñar y obtener nuevos productos a través de estas tecnologías menos convencionales en los sistemas productivos actuales, como son nuevos laminados vitrocerámicos de alta resistencia mecánica y tenacidad, a través de la introducción de residuos (chamotas y lodos procedentes de recuperos de la industria cerámica), así como también la introducción del vidrio a partir de su reciclado, ensayando procesos denominados de sinter-cristalización.

Otras tecnologías alternativas al tradicional método cerámico han conseguido obtener nuevos sistemas pigmentantes, más adecuados por sus aspectos físico para las nuevas tecnologías de decoración digital (sistemas ink jet), como son tamaños de partícula más pequeños y homogéneos (nano y micro pigmentos). También con mayor potencialidad cromática o búsqueda de alternativas que eviten el uso de agentes muy contaminantes o tóxicos y peligrosos (eliminación de los componentes de Cd y Se en los pigmentos rojos de sulfoseleniuro de cadmio). Dichas alternativas también se dirigen a la innovación y búsqueda de nuevas estructuras cristalinas pigmentantes, como son estructuras tipo perowsquita, pirocloros, etc.

Otras innovaciones se dirigen a la búsqueda de nuevas funcionalidades en las cerámicas, como pueden ser cerámicas que permitan un mayor confort en la habitabilidad, a través del uso de los denominados “cool pigments”.

Otras funcionalidades que se pueden investigar en las cerámicas son el desarrollo de capas (nanocapas) con propiedades bactericidas y también conductoras (eléctricas, térmicas) o con propiedades magnéticas.

Por último, se comentará sobre las líneas de investigación que se están desarrollando en el campo fotovoltaico, como es el desarrollo de capas fotovoltaicas de CIGS y kesteritas, así como también de las capas fotovoltaicas transparentes sobre soportes cerámicos, vítreos y vitrocerámicos, para su integración arquitectónica.

Conrado Rillo.  El helio líquido como material estratégico y su importancia en salud y en investigación

El helio es el segundo elemento más abundante del Universo. A pesar de ello, en la Tierra, es escaso y muy caro. Por ello fue declarado como material estratégico por la Unión Europea. Se trata de un gas fósil que se obtiene por separación del gas natural, donde se encuentra en forma de impureza. Su precio y suministro está sometido a grandes fluctuaciones. En estos momentos la situación geopolítica ha conducido a la crisis de suministro de helio denominada 4.0, y, a un incremento de precio de hasta un 500 %. De hecho el precio del Kg de helio supera en estos momentos al precio de la trufa. En forma líquida, el helio es fundamental en salud y en investigación básica. Así, se utiliza para enfriar y mantener operativas, a -269 C, las bobinas de las resonancias magnéticas de hospitales y los magneto-encefalógrafos. En investigación es esencial en equipos de caracterización de materiales, en desarrollos para computación cuántica basada en física de bajas temperaturas, en resonancias magnéticas para química y farmacia, en aceleradores, tanto de uso médico como de investigación, como por ejemplo el LHC del CERN en Ginebra, entre otras muchas grandes instalaciones internacionales.

El helio líquido, en todas las aplicaciones mencionadas, hierve, se evapora y, si no se recupera, se pierde para siempre en la atmósfera. Por ello, el desarrollo de técnicas de recuperación, purificación y licuefacción de helio, eficientes y adaptables a hospitales y centros de investigación, ha sido un reto tecnológico en cuya solución el INMA ha estado trabajando desde hace algo más de una década. Así se ha llegado a una innovadora tecnología de recuperación y licuefacción de HELIO, desarrollada en el INMA, protegida con seis familias de patentes, y, licenciada por CSIC y UNIZAR a la empresa QUANTUM DESIGN INTERNATIONAL (San Diego, USA) https://www.qdusa.com/products/helium_liquefiers.html. Esta tecnología se está implantando en hospitales y laboratorios de todo el mundo. Además, con ella, se ha resuelto y publicado en abierto la solución a un problema global, producido por concentraciones de impurezas de hidrógeno molecular en helio, inferiores a 1:109, lo que ocasionaba enormes pérdidas económicas en hospitales y laboratorios de todo el mundo.

José M. González Calbet. Óxidos y nanoóxidos de metales de transición: dimensionalidad y futuro

Los óxidos de los metales de transición constituyen una de las fuentes más productivas de materiales funcionales para el desarrollo de dispositivos tecnológicos. En función de su composición y procedimiento de síntesis cristalizan en estructuras en las que el metal puede mostrar diferentes estados de oxidación, dando lugar a una compleja interacción entre los grados de libertad orbital, de espín y de red. Como consecuencia, son excelentes candidatos para una amplia gama de funcionalidades basadas tanto en sus propiedades redox como en su complejo comportamiento magnético y conductor. A partir del descubrimiento del grafeno, se ha hecho un importante esfuerzo en el diseño químico para producir, de forma controlada y escalable, nuevos materiales y heteroestructuras 2D que permiten el estudio de las propiedades que surgen en el límite 2D. Esto abre nuevas expectativas para el desarrollo de nuevos óxidos de diferente dimensionalidad que, como se describirá en esta presentación, están adquiriendo un protagonismo creciente como dispositivos para la energía (como trenes de ultra alta velocidad, nuevos supercomputadores para almacenamiento de datos y/o su transmisión a grandes velocidades), y para el medio ambiente (como nano-catalizadores libres de metales nobles basados en óxidos 2D para disminución de gases de efecto invernadero o baterías recargables para cuando se dan condiciones climáticas adversas).

Miércoles,  3 de mayo

16:30 h.

Registro de asistentes

17:00 h.

Mesa redonda: Nuevos avances en Ciencia de Materiales

Pablo Ordejón
Patrono del Barcelona Institute of Science and Technology.

José M. González Calbet
Director Instalación Científico Técnica Singular ELECMI Centro Nacional de Microscopia Electrónica de la UCM.

Juan Carda Castelló
Director de la Cátedra de Innovación Cerámica.

Conrado Rillo
Director del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (centro mixto CSIC-Universidad de Zaragoza).

 

Modera:
María Vallet Regí
Consejo Científico. Fundación Ramón Areces.

 

   Pablo Ordejón

Obtuvo su doctorado (1992) en la Universidad Autónoma de Madrid. Ha sido Investigador Postdoctoral en la Universidad de Illinois (EEUU), profesor ayudante en la Universidad de Oviedo e Investigador Permanente en el ICMAB-CSIC de Barcelona. En 2007 se trasladó al Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2), del que es director desde 2012. Ha publicado más de 220 artículos científicos, con más de 35.000 citas. Ha sido jefe del área de Física de la Materia Condensada de la ANEP y del Panel de Física e Ingeniería de la Red Española de Supercomputación, y coordinador del área de Física de la Fundación Gadea.

Es miembro de la American Physical Society y miembro de la Academia Europaea, y recibió la medalla Narcis Monturiol de la Generalitat de Catalunya. Actualmente es Patrono del Barcelona Institute of Science and Technology. Fue cofundador de SIMUNE Atomistics SL, empresa spin-off que proporciona servicios de simulación de materiales a clientes industriales.

 

   José M. González Calbet

Doctor en Ciencias Químicas (Univ. Complutense Madrid,1979) y Catedrático de Química Inorgánica (1990, UCM). Es Director de la Instalación Científico Técnica Singular ELECMI Centro Nacional de Microscopía Electrónica de la UCM desde 2011. Ha sido investigador postdoctoral en la Universidad de Cambridge (UK) y Profesor Invitado en el CNRS (Grenoble, Francia), la Universidad de Estocolmo (Suecia) y la Universidad de Tsukuba (Japón). Director del Centro de Difracción de Rayos X de la UCM (1994-2022). Director del Departamento de Química Inorgánica (UCM, 1994-2006). Gestor del Programa Nacional de Materiales (1993-1996), Presidente del Grupo Europeo de Química del Estado Sólido (1999-2002), Presidente de la Sociedad de Microscopía de España (2001-2006). Coautor de más de 500 publicaciones en Química de Materiales y del Estado Sólido. Investigación dirigida al estudio de la reactividad de los sólidos y su caracterización estructural con técnicas difractómetricas de última generación y microscopía electrónica con resolución sub-Angstrom con objeto de diseñar nuevos materiales funcionales basados en óxidos de metales de transición.

 

   Juan Carda Castelló

Doctor en Ciencias Químicas por la Universitat de València, 1990 y Catedrático de Química Inorgánica en la Universitat Jaume I de Castellón desde el año 2010.

Coordinador de la Unidad Predepartamental de Química Inorgánica y Orgánica y Primer director del Departamento de Química Inorgánica y Orgánica de la Universitat Jaume I de Castellón (1994-1999).

Primer Director y gestor en la creación del Servicio Central de Instrumentación Científica de la Universitat Jaume I, 1999-2006. Director de la Cátedra de Innovación Cerámica “Ciutat de Vila-real”, desde el año 2012 hasta la actualidad. Director del grupo de investigación de “Química del Estado Sólido”, en el Departamento de Química Inorgánica y Orgánica de la UJI.

Galardonado con el XIV Premio del Consejo Social de la Universitat Jaume I en reconocimiento a su trayectoria investigadora, 2013.

Cargos Honoríficos: Profesor Emérito de la Universidad de Tecnología Química y Metalurgia de Sofía (Bulgaria). Profesor Honorario de la Universidad Nacional de Colombia. Medalla Académica de la Universidad Simón Bolívar de Caracas, Venezuela. Insignia de Oro de la Asociación Española de Técnicos Cerámicos. Embajador honorífico de la Universidad Jaume I. Responsable de proyectos de investigación y transferencia tecnológica con la industria y autor de varias patentes, algunas con explotación industrial. 

Ha escrito más de trescientas publicaciones y ha sido director de más de 25 Tesis Doctorales.

 

   Conrado Rillo

Doctor en Ciencias Físicas por la Universidad de Zaragoza. Profesor de Investigación del CSIC. Director del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón-INMA (centro mixto CSIC-Universidad de Zaragoza).

Su carrera profesional ha estado centrada en el desarrollo tecnológico, utilizando dispositivos superconductores, materiales magnéticos, o materiales declarados de interés estratégico, como es el caso del helio. Todos sus desarrollos han conducido a aplicaciones e innovaciones transferidas a empresas e instituciones nacionales e internacionales. Entre dichas innovaciones se incluyen productos comerciales de gran éxito en el mercado, como los correspondientes a las nuevas tecnologías de recuperación, purificación y licuefacción de helio, que, desde 2012, se están instalando en laboratorios y hospitales de todo el mundo. Conrado Rillo ha recibido varios premios por sus trabajos de transferencia de tecnología, a destacar el Premio de "Física, Innovación y Tecnología" concedido por la Real Sociedad Española de Física y la Fundación BBVA en 2015.

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