NANOTECNOLOGÍA

Imaginenano 2011Congreso de nanotecnología de Bilbao

Además...

I+D TecnologíaParkinson

i+GHSuplemento promocional elaborado por GRUPO HORO, único responsable de su contenido, para su distribución en España

Martes, 12 de abril de 2011

PLAN INNOVACCIÓN 2011

INNPACTOFinanciación de proyectos de I+D+i

ParkinsonMás de cuatro millones de enfermos de EP en el mundo

INVESTIGACIÓN MÉDICA

2010-2020 ¿La década del despegue de la nanotecnología española?

NANOTECNOLOGÍAP.3 P.8 P.22

12 Martes, 12 de abril de 2011Nanotecnología

Los materiales nanocompuestos for-mados en su totalidad por partículascerámicas y metálicas en el rango de

las centenas y decenas de nanómetro, sonuna clase de nuevos materiales hechos a lacarta que presentan propiedades físicasmuy distintas a las de esos mismos materia-les con tamaños de cristal micrométricos(materiales convencionales). Tales propie-dades, al ampliar su rango de funcionalidad,resultan extremadamente interesantes des-de el punto de vista tecnológico ya que per-miten combinar propiedades excepcionalescon funcionalidades imprescindibles enaplicaciones específicas, como son la trans-parencia, la biocompatibilidad, la dureza ola conductividad eléctrica.

Desde hace pocos años el Centro de In-vestigación en Nanomateriales y Nanotec-nología, CINN (centro mixto del CSIC, elPrincipado de Asturias y la Universidad deOviedo), el Instituto de Ciencia de Mate-riales de Madrid (ICMM-CSIC) y la Funda-ción ITMA perteneciente a la Red de Cen-tros Tecnológicos del Principado de Astu-rias, trabajan de forma estrecha compar-tiendo instalaciones en el Parque Tecnoló-gico de Asturias desarrollando e industria-lizando nuevos materiales nanoestructura-dos monolíticos (<100 nm) y materialesnanocompuestos (segundas fases <10 nm)necesarios para el desarrollo de nuevosproductos avanzados para aplicacionesfuncionales y estructurales que no se po-drían diseñar con la mejora incremental delas propiedades de los materiales conoci-dos en la actualidad.Sin embargo, la aplicación industrial de los

materiales nanocompuestos o nanocomposi-tes radica en la capacidad de consolidaciónde estos materiales formando cuerpos den-sos y componentes, pero preservando el ta-maño nanométrico de sus componentes. Lastécnicas de consolidación convencionalespresentan importantes limitaciones y no soncapaces de preservar esta nanoestructura.La solución de estos problemas y el des-

arrollo de tecnologías apropiadas para pa-liar estos inconvenientes ha sido objeto dediversos proyectos europeos de investiga-ción en ciencia básica como son Bioker

(G5RD-CT-2001-00483) e IP Nanoker(NMP3-CT-2005-515784), proyectos en losque el CINN, el ICMM y la empresa alemanaFCT radicada en Rauenstein han desarro-llado el conocimiento necesario para dise-ñar nuevas composiciones nanométricas ynuevas tecnologías de sinterización paraobtener nuevos materiales con propiedadesespectaculares que se han denominado UL-TRAMATERIALES.Así, a finales de 2005, el CINN y el ICMM

desarrollaron un método simple coloidalque permite la obtención de materias pri-mas multifásicas nanoestructuradas. Estasmaterias primas constituyen un punto departida ideal para la obtención, tanto de ma-teriales densos nanoestructurados median-te la utilización de métodos avanzados desinterización.Por otro lado, la obtención de materiales

monolíticos nanocristalinos con densidadpróxima a la teórica actualmente es posiblemediante la técnica de sinterización por des-carga de plasma a muy alta velocidad. Estatécnica es conocida como SPS por sus siglas,del inglés Spark Plasma Sintering. La em-presa alemana FCT ha desarrollado recien-temente una nueva tecnología mixta que

mezcla la tecnología de sinterización porprensado en caliente con la tecnología desinterización por descarga de plasma. El re-sultado es una tecnología que permite in-dustrializar y producir de forma rentableULTRAMATERIALES. En colaboración conlos centros de investigación ICMM e ITMA,el Centro de Investigación en Nanomateria-les y Nanotecnología acaba de llegar a unacuerdo con la empresa alemana FCT paradesarrollar e instalar en el Parque Tecnológi-co de Asturias un equipo único en el mundocapaz de sinterizar en modo combinadoHP/SPS piezas de hasta 400mm de diámetrocon un sistema especial de expulsión de pie-zas en caliente con el fin de poder sinterizarmateriales con coeficiente de dilatación ceropara aplicaciones en el campo aeroespacialasí como en litografía con luz ultravioleta ex-trema (EUV) necesaria para la fabricaciónde una nueva generación de chips.Los estudios realizados por el CINN,

ICMM e ITMA sobre materiales obtenidosen dimensiones inferiores a las que el nue-vo equipo permitirá obtener, indican quelas propiedades físicas de los materialesdensos nanoestructurados obtenidos pue-den ser muy diferentes a las de otros siste-mas similares pero con tamaños de granomicrométrico. Las propiedades singulares de estos ma-

teriales, conocidas como ultrapropiedades,posibilitan el diseño de nuevos productosque permiten su empleo en condiciones ex-tremas de funcionamiento u operación, sonlas denominadas y buscadas “ultrafunciona-lidades”, hasta ahora, o bien vedados a losmateriales sinterizados por vías convencio-nales, o simplemente imposibles de obteneren cualquier material. La combinación detales propiedades trae consigo multifuncio-nalidades aun más ventajosas.Estas tecnologías posibilitan por tanto la

apertura de nuevas fronteras en la ingenie-

Los materiales avanzados indus-trializados en la actualidad nocumplen con los requerimientosexigidos por muchas innovacio-nes tecnológicas que supondríanun gran avance para nuestra so-ciedad. Esto se debe fundamen-talmente al hecho de que, hastael momento actual, ha sido impo-sible combinar en un mismo ma-terial un gran rendimiento mecá-nico con alguna funcionalidadcrítica que resulta necesaria parasu aplicación.

UltramaterialesNanomateriales multifuncionales obtenidos mediantetecnologias de sinterización no convencionales a partir de polvos nanoestructurados a la carta

La aplicación industrial de losmateriales nanocompuestos onanocomposites radica en lacapacidad de consolidación deestos materiales formando

cuerpos densos y componentes,pero preservando el tamaño

nanométrico de suscomponentes

NANOMATERIALES A LA CARTA

Estas tecnologías posibilitanpor tanto la apertura de nuevasfronteras en la ingeniería demateriales y constituyen unavance realmente rompedor.

FCT Systeme: Sistema Sinterización HP / SPSFCT Systeme: Tecnología SPS

13Martes, 12 de abril de 2011 Nanotecnología

Centro de Investigaciónen Nanomateriales yNanotecnología - CINNParque Tecnológico de AsturiasEdificio Fundación ITMA33428 Llanera. EspañaTel. +34 985 733 644www.cinn.es

Fundación ITMAParque Tecnológico de Asturias33428 Llanera. EspañaTel. +34 985 98 00 58www.itma.es

FCT Systeme GmbHGewerbepark 1696528 Rauenstein / AlemaniaTel. +49 367 668 240www.fct-systeme.de

Una vez lograda la transparencia óptica,se pueden obtener materiales con actividadláser en sistemas adecuados, tales comoNd:YAG embebido en matriz de alúmina.Estos materiales pueden utilizarse para

una amplia variedad de aplicaciones, talescomo: ventanas de lámparas de alta poten-cia, sensores ópticos que deban trabajar encondiciones extremas, industria aeroespa-cial, cavidades de láseres cerámicos policris-talinos, lentes delgadas, etc. En este momen-to, en Europa hay grandes consorcios indus-triales que demandan este tipo de materialespara la fabricación de componentes críticoscon gran valor añadido (satélites espaciales,lámparas de alta potencia, ventanas de mi-croondas, ventanas de vacío, de alta radia-ción, de hornos de alta temperatura, etc.).Por otra parte una vez que es posible

controlar la cantidad de luz dispersada y,por tanto, el grado de transparencia de es-tos materiales, dado el carácter inerte de al-gunos de los materiales estudiados y sus ex-celentes propiedades mecánicas, es posiblediseñar sistemas que pueden ser implanta-dos posteriormente en humanos, como porejemplo, sustituyendo piezas dentales, enlos que la similitud con los sistemas natura-les pueden dar lugar a nueva generación deimplantes y estructuras de alta calidad esté-tica y mecánica.

Por su parte, los materiales Biocermets(compuestos cerámica-metal) son materia-les biocompatibles con una fase matriz ce-rámica a la que se añaden partículas metáli-cas (niobio, Tántalo) y que se presenta co-mo una alternativa a las aleaciones de Tita-nio grado 5 y a los aceros inoxidables AISI316 normalmente utilizados para esta apli-cación. En concreto los biocermets cubrenel “espacio” existente entre los materialescerámicos y metálicos para aplicacionesque demanden unas solicitaciones mecáni-cas elevadas con requisitos de diseño de ge-ometrías complejas. Hasta estos momentosúnicamente se utilizaban los materiales me-tálicos para esta aplicación, pero con losbiocermets se obtiene:i) Un material más biocompatible, compa-tible mecánicamente con una rigidezsimilar a la del hueso a reemplazar.

ii) Un material con elevada tenacidad ycon un comportamiento de toleranciaal daño debido a los mecanismos de re-fuerzo de las partículas metálicas.

iii) Un material con capacidad para serelectroerosionable debido a la conduc-tividad eléctrica que presentan estosmateriales tras la adicción de partículasmetálicas. Investigadores del ICMM-CSIC (Carlos

Gutiérrez y José Bartolomé) desarrollaronestas composiciones y en la actualidad cola-boran con el CINN y el ITMA para obteneraún mejores prestaciones mediante la utili-zación de la técnica de HP/SPS.

Prof. Ramón Torrecillas San MillánDirector del Centro de Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología - CINN

Prof. José Serafin Moya CorralJefe del Departamento de Materiales Particulados del Instituto de Ciencias de Materiales de Madrid – ICMM-CSIC

Microestructuras de diversos polvos nanoestructurados

Ruta coloidal de síntesis de polvos nanoestructurados

Nanocomposite de Alumina-Circona

Discos de materiales ultraestables sinterizados por SPS Materiales densos en formas complejas Ejemplo: material ultraestable para espejos ensistemas de observación terrestre

ría de materiales y constituyen un avancerealmente rompedor. Además, estas tecnologías permiten ob-

tener materiales ultrafuncionales de muyalto valor añadido a partir de procesos y ma-terias primas económicas, y son, por lo tan-to industrialmente muy atractivos.

ULTRAMATERIALES PARA APLICACIONES OPTICAS Y BIOCERMETSLa ventaja de utilizar cerámicas en vez devidrios o monocristales para componentesópticos, estriba en la posibilidad de podermodificar sus propiedades mecánicas me-diante la introducción de pequeñas canti-dades de inclusiones, tanto inertes, comoreactivas durante la temperatura de sinte-rización. Así, la utilización de nanopartícu-las de circona, alúmina o itria, puede limi-tar el crecimiento de grano de la matriz asícomo generar tensiones residuales quemejoren determinadas propiedades mecá-nicas. Sin embargo estas nanopartículastambién tienen un efecto negativo encuanto a la densificación final. Es por elloque la técnica de SPS permite, por un ladomantener la nanoestructura y por otro fa-cilitar la densificación y obtener materialescompuestos que de otra manera sería casiimposible obtener.

En este momento, en Europahay grandes consorcios

industriales que demandaneste tipo de materiales para lafabricación de componentescríticos con gran valor añadido