Nuevas necesidades, Nuevos Materiales

Nuevos Materiales para Nuevos Desafíos

Ciencias para el Mundo Contemporáneo. Aspectos Curriculares y Pedagógicos

Santander, 9 de septiembre de 2009

Rosa Mª Martín Aranda-UNED

1982-87 LIC. Química Orgánica-UAM 1988-92 DOCT. (Inorgánica). Becario MEC 1992- Profesora de la UNED

Programa Nacional: NUEVOS MATERIALES. CATALIZADORES

Avelino Corma (Doctor Honoris Causa-UNED.2008)CSIC Inst. de Química Orgánica. Madrid Inst. de Catálisis y Petroleoquímica. Madrid Int. de Tecnología Química (ITQ).Valencia Inst. Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM)UNEDGrupo de Catálisis no convencional aplicada a

la Química Verde

En algún sitio,

Carl Sagan (1934-1996) astrónomo estadounidense

algo increíble

espera ser descubierto

Currículo de Biología y Geología5. Nuevas Necesidades, Nuevos Materiales

La Humanidad y el uso de materiales. Localización, producción y consumo de materiales. Control de recursos

Algunos materiales naturales. Los metales, el papel. Deforestación

El desarrollo científico-tecnológico y la sociedad de consumo: agotamiento de materiales y aparición de nuevas necesidades

La respuesta de la ciencia y la tecnología. Nuevos materiales. Nanotecnología

Análisis medioambiental y energético del uso de materiales: reducción, reutilización y reciclaje. Basuras.

Currículo

Nuevos materiales Actividad multidisciplinar Concurso de la Química, Física, Ingeniería,

Biología… Ha adquirido niveles muy elevados de

conocimiento y tecnología

Nuevos materiales Ha posibilitado diseño de materiales con

propiedades muy específicas en Tecnologías Emergentes

Energía, Comunicación, Transporte, Salud, Medio Ambiente

Esta tecnología modela el bienestar y progreso de ciudadanos las próximas décadas, al igual que ocurrió con los plásticos y semiconductores en los años 50

Estado del arte en I+D en Nuevos Materiales

CerámicosMetálicosPolímerosMagnéticos

Aplicaciones más relevantes

NanotecnologíaMedicinaEnergíaMedio AmbienteLáseres de estado sólido

Técnica de caracterización: Nanométrica

Sincrotón

Objetivo Involucrar a nuevas generaciones en la

investigación y desarrollo de materiales futuros

Transmitir el conocimiento y motivar

E-LearningNuevo Rol del profesor/Nuevo Rol del alumno

Ciencia de materiales Todos los materiales nos son muy

familiares Es una Ciencia Nueva Aceptada como Ciencia desde 1958

Futuro y Reto

Reforzar la tecnología sostenible de producción y consumo de Energía

Extender sus beneficios a la población mundial

Requerimiento: Nuevos materiales con propiedades cada vez más sofisticadas

Camino recorrido

Estamos al principio de la revolución de los Nuevos Materiales

BIBLIOGRAFÍANuevos materiales en la sociedad del siglo XXI”. CSIC,

2007. Carmen Mijangos y José Serafín Moya (Coord) ISBN:978-84-00-08453-0

¿Qué es la Sociedad de Consumo? El ser humano siempre ha sido consumidor Antes sólo satisfacía sus necesidades naturales Hoy ha creado hábitos y modos de vida que

llevan a consumir por mero placer

¿Qué es la Sociedad de Consumo? Concepto ligado a la Economía Capitalista

de mercado

La publicidadinfluye mucho

Características de la Sociedad de Consumo

Ser producto del capitalismo industrial Consumismo irracional Sociedad de la superproducción Más artículos cada vez más baratos La clase media es la que más se ha

influenciado Se valora más el bien que no se posee

Características de la Sociedad de Consumo

Sociedad del despilfarro Escasa duración de los productos Genera gran cantidad de Basuras Se desperdicia Energía

Características de la Sociedad de Consumo

La Ciudad: modelo de convivenciaEs el mercado de la sociedad de consumoSinónimo de progreso

La Familia: unidad de consumo básica

Consumismo

Agente controlador de la sociedadSe cree tener libertadSe está atado a la moda impuesta

por el mercadoRealidad a niveles impresionantes

Futuro impredecible

Lo Negativo de la Sociedad de Consumo

Las críticas no son nuevas René Dumont hace 80 años habló de la

“Sociedad del despilfarro” y “la destrucción del planeta y de nuestra civilización”

Lo Negativo de la Sociedad de Consumo

La vida en el Primer Mundo debe cambiar, no sólo por la amenaza a la Humanidad

Es injusto e inmoral por condenar a otros pueblos a la pobreza

La Sociedad de Consumo nos Fascina

Con palabras como:

Calidad de vida Éxito Realización personal

Se Oculta…….

Veneración al ídolo: El DINERO

Consumismo Insalvable diferencia entre países del

mundo Tremenda contradicción entre personas Los países más ricos con el 10% de la

población mundial recaudan el 60% del PIB

La Tierra no es propiedad privada No se puede mantener más tiempo

El hábitat común heredado para todas las especies

Incluido el Hombre

Insostenible desde el punto de vista Ambiental

Implica:

Aumento de extracción de recursos naturales Vertido de residuos

Hasta amenazar la capacidad de regeneración de la Naturaleza

Gran desigualdad desde el punto de vista Social

La sociedad de consumo se refiere a bienes y a servicios

BIBLIOGRAFÍA

Ministerio de Educación. Instituto de Formación y Recursos en Red para el Profesorado webmaster@isftic.educacion.es

Tel: 91 377 83 00 Observatorio de la sostenibilidad en España

(OSE)

http://www.sostenibilidad-es.org/observatorio+sostenibilidad/ Universidad de Navarra. Ciencias para el Mundo

Contemporáneo http://www.unav.es/acienciacierta/cmcDécada por una Educación para la Sostenibilidadhttp://www.oei.es/decada/accion23.htm

DefensaG. Katona y W. Rostow

La sociedad de consumo es consecuencia del alto desarrollo

Permite que un gran número de personas adquieran bienes cada vez más diversificados

Produciría mayor igualdad social Ocio: tiempo libre para comprar

Ortega y Gasset (1929)

“La rebelión de las masas”

Para mantener el nivel de producción es imprescindible la existencia de un gran número de consumidores

La creciente población consumidora accede a todos los espacios antes reservados para las élites

La Masa va reclamando derechos que no se le pueden negar, en su virtud a su acceso al Consumo

La Sociedad del Bienestar Aparece tras la Segunda Guerra Mundial Modo de entender la civilización Se gana más dinero en metálico, pero el

valor del trabajo disminuye El Dinero se usa en Consumir La Cultura influye en la alimentación,

vestido, vivienda, transporte, salud

Símbolos más característicos Automóvil privado TV Electrodomésticos Vacaciones Segunda vivienda

Otras Consecuencias del Consumismo

Necesario pedir créditos Escasa duración de los productos Protección del consumidor

Asociación en Defensa

Agotamiento y destrucción de Recursos Naturales Vitales

Consecuencia de la destrucción Fruto de comportamientos consciente o

inconscientemente depredadores Orientados por la búsqueda de beneficios

particulares a corto plazo

ConceptoRecurso: bien o medio de subsistencia Yacimiento mineral Bolsa de petróleo Bosques Aire

“Usa, pero No abusa”

El concepto ha cambiado con el tiempo

Petróleo era conocido hace miles de años siempre con las mismas características

Su aparición como recurso energético es muy reciente

Cuando la sociedad ha sido capaz de explotarlo técnicamente

Fondos marinos, minerales, saltos de agua, energía solar…

Siempre han estado ahí

La idea de Recurso lleva asignada la Limitación

Algo valioso para satisfacer necesidades, al alcance de todos

Primera Cumbre de la Tierra, 1992, Río de Janeiro

El Consumo de algunos recursos clave superaba en un 25% las posibilidades de recuperación de la Tierra

Foro de Río+5 5 años más tarde se alertó de la

Aceleración del proceso. Se superaba el 33% a las posibilidades de recuperación de la Tierra

Expertos “Si fuera posible extender a todos los

seres humanos el nivel de consumo de los países desarrollados, sería necesario contar con 3 planetas Tierra para atender la demanda global”

3

Expertos Grave problema de AGOTAMIENTO DE

RECURSOS NATURALES, a pesar de que la mayoría de los seres humanos tienen acceso restringido a ellos

Colapso De civilizaciones pasadas y ahora…. Colapso de la Sociedad Mundial en su

conjunto

Agotamiento de recursos esenciales Recursos energéticos fósiles, pero

seguimos fabricando coches Fabricación: Fibras, plásticos, cauchos,

medicamentos Difícil predecir duración del petróleo,

carbón o gas natural Depende del ritmo de consumo

Movimientos de acción social

Búsqueda de nuevos yacimientos No renovables se agotan Encarecimiento del petróleo Cenit de la producción petrolífera

Preocupación: CAMBIO CLIMÁTICO

Cambio Climático Deforestación Descenso de recursos hídricos Nueva Cultura del Agua

Problemas de Desequilibrio: Masa Forestal

En los últimos 100 años el Planeta ha perdido la mitad de su masa forestal

La FAO (Organización de Alimentación y Agricultura) dice: La Tierra sigue perdiendo de forma neta cada año 11,2 millones de hectáreas de bosques vírgenes

Consecuencia de su uso como fuente de energía

2000 millones de personas dependen de la leña como combustible

Expansión agrícola, ganadera y minera 1999, el 80% de la madera extraída en

Amazonia no tenía permiso África: áreas taladas de bosque tardarán

200 años en crecer

Efecto invernadero Disminuye el bosque Se reduce la absorción de CO2

Se reducen recursos hídricos

Favorece: Inundaciones Erosión de suelo No relleno de acuíferos

Pérdida de Biodiversidad Pérdida del 50-90% de especies terrestres Incendios Suelo cultivable En China desde los 80, se han perdido

400.000 hectáreas cada año por el crecimiento industrial y la construcción

Ahora debe Importar Cereales (70% de lo que consume!!!)

Error Los incendios se generan para tener suelo

cultivable Erosión destructora Bélgica, Galicia, URSS, Amazonia Uso de Biocombustibles: bioetanol,

biodiesel. Impulsa uso de cereales Escasez Pérdida de biodiversidad Mayor coste de alimentos

No olvidar que… Los recursos naturales “Aparentemente”

no cuestan dinero Atmósfera, Mar, Suelo.. En los que se diluyen contaminantes Se están perdiendo….

Dubai

Urgencia en encontrar soluciones

Tecnologías Educación Política

para la Sostenibilidad

Toma de Decisiones No todas las medidas son sencillas Urge aplicarlas Movilización como en Tiempos de Guerrahttp://www.pprinciple.net

Aplicar las 3R Reducir Reusar Reciclar

Reciclado y tratamiento de residuos

Delitos Ambientales

Reciclado de residuosTratamiento legal de los residuos Orgánicos y plásticos Radiactivos y Biosanitarios Eléctricos y electrónicos Agrícolas (purines) Químicos, tóxicos y peligrosos Vehículos fuera de uso

Normativas

Delitos contra el Medio Ambiente

Territorio y Patrimonio Histórico

Relacionados con el Medio Ambiente

Flora, Fauna y Animales Domésticos

Todos Están Tipificados

Art.45 Constitución Española 1978 Artículo 45.3 establece la necesidad de

protección penal del MEDIO AMBIENTE

Ley Orgánica de 25 junio 1983 CAPÍTULO III: “DE LOS DELITOS CONTRA LOS

RECURSOS NATURALES Y DEL MEDIO AMBIENTE”

Artículos 325, 326, 328, 329, 330, 331

Artículo 325 -3 A quien contraviniendo disposiciones de

carácter general provoque directa o indirectamente

Emisiones Vertidos Radiaciones Extracciones

Delitos Ambientales

No cabe duda ”Existe un mandato Constitucional para la protección del Medio Ambiente”

“El que contamina paga”

Fiscalía de Medio Ambiente y SEPRONA

Delitos sin culpables Vertidos incontrolados

Playas con alquitrán Incendios forestales

“Ni desobedezco ni cometo delitos ecológicos”

Encontrar condena a los culpables No es fácil

Señales de la AEMA 2009

Agencia Europa del Medio Ambiente

Cuestiones de capital importancia para Europa: aire, mares, agua, biocombustibles, política agraria, transporte de residuos

www.eea.europa.eu/es/publications

Temas medioambientales para 2010

Una política más eficaz necesita información

Sensores de Contaminación Ambiental Océano Ártico

AEMA 2010

Nuevas Necesidades, Nuevos Materiales Nuevos materiales ¿Realidad o fantasía? Ingeniería Biotecnología Nanotecnología

La nanotecnología es una tecnología que abarca la capacidad de medir, modelar y controlar materiales a dimensiones muy pequeñas (de 1 a 100 nanómetros), a niveles atómicos y moleculares.

El potencial deriva de las propiedades (físicas, químicas y biológicas) inusuales de los materiales a escala nano, lo que permite el desarrollo de nuevas aplicaciones

NanotecnologíaÁreas científico-técnicas de investigación

Capacidad de controlar la forma y composición de la materia a escala atómica y molecular

Usa técnicas y aproximaciones muy diversas

Control permite acceder a nuevas propiedades que sólo se manifiestan a escala nanométrica o a moldear las ya conocidas

Síntesis de dispositivos diminutos

Conjunto de factores Avance de Ciencia y técnica siglo XX Necesidad de establecer nuevos paradigmas en

industria electrónica (final era silicio, revolución digital)

Necesidad de establecer mecanismos de producción industrial más competitivos. Países emergentes

Desarrollo nuevos mecanismos de alerta automatizar procesos peligrosos, amenazas terroristas

Diseñar y fabricar nuevos materiales para el control ante el Cambio Climático

Respaldo financiero 1997-2005 inversión global en I+D creció

de 432 M$ a 4200M$ Esfuerzo equiparable al realizado en los 90

en Genética y Genómica EEUU, China, Japón, Taiwan, Corea Europa: VI y VII Programa Marco Crear nuevas áreas temáticas específicas “Nanociencias, nanotecnologías,

materiales y nuevas técnicas de producción”

1 nm 10 nm 100 nm 1 µm

BOTTOM-UP

TOP-DOWN

NANOESCALA

Nanotecnología

NANOBIOTECNOLOGIA/NANOMEDICINA NANOMATERIALES NANOELECTRONICA

Liberación de fármacos

Ingeniería de tejidos

Síntesis de fármacos

Biomimetismo

Diagnóstico Agentes para imagen

Implantes

Defensa aeronáutica Cosmética

Bienes de consumo

Impresión/ empaquetado

Catalizadores Energía

Construcción

Computación cuántica

Almacenamiento de datos

Espintrónica Fotónica

Nanohilos y nanotubos

Dispositivos de un solo electrón

Paneles solares

Automoción Pantallas

PoluciónDispositivos

médicosAutomóviles

Electrónica de consumo

Dimensión crítica

Medidas de espesor

Análisis químico

Control de calidad

SENSORES Y ACTUADORES

INSTRUMENTACIÓN Y METROLOGÍA

NANOBIOLOGIA/ NANOBIOMEDICINA

NANOQUÍMICA

NANOMATERIALES

ENERGÍA

SIMULACIÓN Y MODELADO

NANOMETROLOGÍA

NANOTUBO DE CARBONO

SONDAS SPM

NANOÓPTICA Y NANOFOTÓNICA

NANOELECTRÓNICA

Nanotecnología

Fases de implantación 2000-2020: industria basada en top-down agota

sus posibilidades

2010-2030: tecnologías bottom-up y top-down conviven

2020-2040: predominio bottom-up

Ir de lo pequeño a lo grande

Revolución: crear complejidad a partir de átomos

Sectores más afectados Medicina Seguridad Defensa Producción y almacenamiento de E Medio Ambiente Transporte Comunicación Educación Ocio

Generar dispositivos que cambien nuestra vida cotidiana

Bibliografía“Societal implications of nanosccience and

nanotechnology” M.Roco, WS.Brainbridge (Ed). Kluwer press, Boston 2001

http://www.wtec.org/loyola/nano/NSET:Societal

Red Española de nanotecnologíahttp://www.nanospain.org

Fundación Phantomshttp://www.phantomsnet.net

Bibliografía Suschem http://www.pte-quimicasostenible.org

Fundación Española de Ciencia y Tecnologíahttp://www.fecyt.es

Instituto catalán nanotecnología(ICN)http://www.nanocat.org

IMDEA-Nanociencia (Instituto madrileño)http://www.imdea.org/institutos/nanociencia

Áreas de aplicación. Energía Pilas de combustible, hidrógeno Electrocatalizadores nobles nanoparticulados Membranas de intercambio protónico Almacén de hidrógeno en nanomateriales Baterías de Litio Metales electródicos nanoparticulados (óxidos

sulfuros, aleaciones ) Fotovoltaica (sustitutos de Si) Supercondensadores (nanomateriales

inorgánicos) Almacén de E (óxidos RuO2, Mg, Ni, Co, V)

Nanomateriales Composición: Silicatos, carburos, nitruros, óxidos,

boruros, seleniuros, telururos, haluros, aleaciones metálicas, intermetálicos, polímeros orgánicos, materiales compuestos

Materiales: nanopartículas, nanohilos, nanoporosos, nanofibras, fullerenos, dendrímeros, láminas delgadas

Nanometrología (<100nm) Determinación cuantitativa de productos micro y nano

estructurados Control de calidad en procesos industriales Propiedades físicas y químicas

CEM-centro español de metrología http://www.cem.es

AENOR/GET15 http://www.aenor.es

EURAMET-European Asociation Nanometrology http://www.euramet.eu

Nuevos materiales-Cerámicos España líder: ladrillos, tejas Cerámicos tenaces: troqueles, guías, circonia Mejorar las propiedades mecánicas-

Fragilidad Incorporar elementos microestructurados

no lineales (ZrO2) Módulo de rotura, tenacidad

Cerámicos Nitruro, carburo, boruro de silicio Aumenta dureza y elasticidad β-Si3N4>10µm Alta temperatura cojinetes, herramientas

de corte

Cerámicos Bioinspirados: laminados

Láminas Concha de oreja de mar Capas rígidas de aragonito; carbonato

cálcico, unidas por un cemento (proteínas) Mayor dureza

TURBINAS

Cerámicos: gradiente de composición

Caña de Bambú Fibras de celulosa concéntricas del exterior

al interior Flexible

ILUMINACIÓN CAMPOS DE FUTBOL

Cerámicos: estructuras laminadas

Al-Al (Y-TZP) Al-Ti Al-Zr

Material nanoestructurado cerámico. Elevada resistencia a la deformación a

elevadas temperaturas (>1200C)

Cerámicos: gradiente de composición

Las propiedades varían a lo largo del volumen

Dureza, conductividad, cte dieléctrica

Materiales metal-cerámico (CGC)

Al-Zr, Al-mullita, Al-hidroxiapatita

Conductores-Aislantes

Cerámicos: nanoestructurados

Óxidos monofásicos (Al, Zr) Mayor dureza Superconductor cerámico

Levitación de un imán sobre un superconductor cerámico

Nuevos materiales-Metálicos 9000 aC-Historia ligada a los metales Cobre 7000 aC Bronce 2800 aC Hierro 1500 aC Descubrimiento fusión y mezcla

combinada Revolución industrial

Metálicos: No Antiguo Cu, Au, Fe, Ag, Sn- Referente y Actualidad

Cu: superconductor Fe:

plataformas petrolíferas Torre Picasso

Metálicos

¿Qué les hace seractualidad?

Investigación incesante sobre sus propiedades

Soportar condiciones extremas de trabajo

Gran variedad de aleaciones

Metálicos estructurados Elasticidad Dureza Resistencia corrosión, Temperatura

Acero con ferrita y perlitaAntes y después de tratamiento térmico

Torre Taipei (Taiwan) (509m, 101 pisos,8 pilares acero, 80mm espesor) 2000 tipos distintos de aceros Desde piso 62 tiene 5 tipos de aceros resistente terremotos

Metálicos: Aceros

Metálicos: aleaciones de aluminio En 150 años ha pasado de ser desconocido

a rodearnos 1900- consumo= 8000Kg 1999- consumo= 24 M Tm Gran competidor del acero Baja densidad-Al= 2,7g/cc; Acero=7,8g/cc

Aleaciones de aluminio: aplicaciones

Aeroespacial Resistente corrosión Prop. mecánicas Tolerancia al daño

¿Qué pasaría si se produce una grieta en vuelo? Resiste

Gran familia. Cu, Mn, Si, Mg, Zn, Li

AIRBUS 380 Prodigio de cooperación europea 61% estructura es aleaciones de Al 2024 Al-Cu 7075 Al-Zn GLARE: nuevo material metálico

compuesto Aleación de Al+vidrio laminado en

multicapas Resistente al desgaste e impacto

AIRBUS 380

Composición

61% Aluminio 17% Composites 8% Aceros 7% Glare 4% Titanio 3% Otros

Otros materiales metálicos: inoxidables

Superaleaciones: Al-Li Basados en Ni: 35% producción Aeroespacial, E, Alta Tª Hoja de turbina: trabaja 35.000h sin

daños a 1200C Soporta 1600C al incorporar elementos del

grupo del Pt (Ru, Rh, Ir)

Otros materiales metálicos: inoxidables

Aleaciones de Titanio Aplicaciones: Biomedicina, electricidad,

química, marinas Ti-Al-V + Cr, Zr, Mo mejora resistencia

fatiga Biocompatibles Ti: prótesis óseas

articulares Aleaciones: Resistentes a corrosión>600C Ti-Nb-Ta-Zr TiAl, NiTi, FeAl, NiAl

Otros materiales metálicos: inoxidables

Stents coronarios Reto para el Medio Ambiente Reducir emisiones de CO2

Ahorro de combustibles Aleaciones Mg, Ca, Y

Polímeros Avanzados Madera, cuero, resinas, gomas naturales,

algodón, lana, seda Invento del siglo XX Años 30: vinílicos, neopreno, estireno,

nylon

Polimerización

Polímeros Avanzados3 características: Gran longitud Gran anisotropía Gran flexibilidad

Pm importante, mejora propiedades mecánicas

Polímeros Avanzados

Síntesis De adición (apertura dobles enlaces) polipropileno De condensación (por pasos grupos

funcionales) nylon

Polímeros AvanzadosEstructura de copolímeros

Al azar Alternante De bloque De injerto

Polímeros Avanzados

Producción de polímeros en EU (M tm/año)

38,922,215,2Producción

200419941984Año

Polímeros AvanzadosTipos de polímeros Homopolímeros- un solo monómero Copolímeros- 2 ó más monómeros Entrecruzados- ramificados

Polímeros Avanzados: aplicaciones Fibras de alto módulo Membranas de desalinización de agua

(poliamidas aromáticas) Separación de gases:O2,N2, NH3, Cl2 Pilas de combustible: separar A y C

Materiales Magnéticos Núcleos de máquinas Imanes permanentes Generadores, motores, superconductores Almacenamiento de energía La1-xCaxMnO3

Materiales MagnéticosProyector de vídeo Movimiento de película: Neodimio-

hierro-boro Nd2Fe14B7 ó AlnicoV Sonido: sistema electromagnético ferritas

duras Propia imagen: multitud de imanes

ordenados Fe2O3

Memoria magnéticaEscritura y lectura de memoria

Nanomateriales Sondas miniatura Recubrimientos bioactivos Andamiajes de tejidos TIC Biosensores Alimentos, agua Medio Ambiente

Imagen AFM de nanoislas de Ge autoorganizadas, crecidas sobre Si a 700C

Biomateriales

Ramón y Cajal (Nobel 1906)

Neuronas “unidades básicas de cómputo de información en el cerebro”

“Textura del sistema nervioso” 1899“En el futuro, cuando la ciencia alcance su plenitud

de medios de acción, la química y la física no serán sino dos meros aspectos de la mecánica molecular”

Vaticinó la revolución nanotecnológica

Biomateriales: un siglo después…

Biomateriales Aplicaciones Implantes Dosificación controlada Injertos Stents coronarios Imagen tisular

Proliferación celular en soportes de fibras poliméricas biodegradables

Biomateriales

Factores que afectan a las intearcciones entre un biomaterial y el tejido vivo

Materiales para Láseres LASER Ligth amplification by stimulated

emission of radiation

Materiales para Láseres Láser de gas, mezcla He-Ne Láser diodo semiconductor(1962) GaAsLawrence Livermore Laboraory: mejor láser

del mundohttp://www.llnl.gov/nif

Para reproducir las condiciones de P(1011 atm) y T (108K) del centro del Sol

Funcionamiento previsto 2010 Producirá 500TW de potencia mediante

concentración de 192 láseres UV Gracias a la mejora de materiales

Materiales para Láseres Semiconductores en láseres Unión pn es el fundamento del diodo

semiconductor Material: AlxGa1-xAs Evolución laser Rojo; Verde-azul; Violeta AlGaAs InGaP Color azul teléfonos móviles; GaN Estado sólido-YAG

Materiales para Láseres: aplicaciones Láseres de fibra óptica y guías de onda Materiales para pulsos. Láser ultracortos.

Estudios dinámicos Procesos Químico-físicos= FEMTOQUÍMICA A.H. ZEWAIL, Premio Nobel 1999 A corto plazo, menor tamaño, mayor potencia y

calidadAviación, automoción, satélitesMiniaturizaciónOLEDs

Femtoquímica Premio Nobel 1999

Radiación Sincrotón (RS)

Grenoble

Radiación Sincrotón (RS)

Luz generada por partículas cargadas aceleradas hasta velocidades ultra-relativistas, forzadas a seguir una trayectoria curva y a emitir

RS se produce en los puntos del anillo en los que el campo magnético curva la trayectoria de los electrones

Un anillo tiene decenas de líneas de luz en donde se realizan experimentos

Radiación Sincrotón (RS) Herramienta para caracterizar

materiales España es socio Fundador (1995) Técnicas:Microscopia: tomografíaLaminografía de soldaduras: chipsMicrotomografía de rayos X: sistemas de

contrasteEspectromicroscopía electrónica

Energía y Medio Ambiente Energía: motor de la sociedad

90% fuentes fósiles: carbón, petróleo, gas natural9% fuentes renovables: solar, eólica, geotérmica, biomasa, mareas

Se terminan/Emisiones CO2 controladas (Kioto)

Cenit del petróleo

Energía y Medio Ambiente Crecimiento económico/China – India Transporte: 31% consumo energético del

mundo Evolución a corto-medio plazo Alternativas tecnológicas Aun no satisfactorias económicamente

Biomasa-Biocombustibles Pilas de combustible-H2

Opciones de futuro

Materias Primas Renovables (MPR)Productos químicos a partir de: Lípidos Hidratos de carbono Proteínas OtrosEconomíaEnergía a partir de fuentes renovables

Biomasa Pilas de combustible

Portada Investigación y Ciencia. Sep 2009

Materias Primas Renovables (MPR)

Fuentes agotables: combustibles fósilesFuentes inagotables. Plantas, sistemas

biológicos(CO2, Metano)

Prod. Qcos a partir de MPR

Biomasa: mat. Org. Animal, vegetal o microorganismos

Hidratos de carbono: celulosa, lignina, almidón, kitosanos

Materias Primas Renovables (MPR)Lípidos Los más usados en industria Ésteres de glicina, ácidos grasos saturados o

insaturados Semillas (destilar, extraer, supercrítico,

cristalizar) Ác. Grasos se transforman en surfactantes,

lubricantes, adhesivos, polímeros, pinturas, recubrimientos, disolventes, fármacos

Materias Primas Renovables (MPR)

Proteínas Propiedades singulares Soja, maíz, colza, gluten de trigo 90% industria alimentaria, farmacia, cosmética Prop. Adhesivas, recubrimientos

Metabolitos Terpenos, aceites esenciales de plantas

Fase experimental

Energía a partir de Biomasa

Pirólisis: Bio-oil Gasificación: aire húmedo syn-gas (mezcla

CO+H2) Digestión anaeróbica: aguas residuales,

Bio-gas, Metano Fermentación aeróbica: almidón, caña Extracción de semillas: bio-diesel

199814% energía total proviene de

fuentes renovables

Rutas de transformación de Biomasa en energía

Materias primas accesibles desde el syngas

Esquema de una Bio-refinería

Química Verde Yves Chauvin, Robert Grubbs y Richard Schrock Premios Nobel 2005 Metátesis de olefinas Producir compuestos con menos

desperdicios tóxicos

“Ejemplo de cómo las contribuciones científicas básicas pueden aplicarse para el beneficio del hombre, la sociedad y el medio ambiente”

Ejemplo de Química Verde

CERÁMICA POLIESTIRENO PAPEL

¿Cuál es el mejor para el medio ambiente?

Soluciones de la Química Verde

Caña de azúcar

Prof. Poliakoff

¿Polímeros a partir de la caña de azúcar?

Tratar de hacer bolsas de plástico

Se necesita nueva química

Polímeros a partir de carbohidratos

Microorganismos: comen carbohidratos y almacenan energía en forma de polímeros

Los polímeros de recolectan fácilmente

Tazas basadas en carbohidratos … compostan en dos días

Alimento para el ganado

Bibliografía En español:

http://www.icmm.csic.es/

Página web del Instituto de Ciencias de los Materiales de Madrid, del Consejo Superior de Investigaciones Científicas. En ella se ofrecen enlaces a sus institutos asociados, que describen sus actuales líneas de investigación.

http://www.um.es/~eutsum/escuela/Apuntes_Informatica/Divulgacion/Fisica/Supercond.html

Una enorme lección de divulgación sobre la superconductividad. De nivel universitario, tiene gran profundidad y trata tanto la superconductividad a baja temperatura como las propiedades de las cerámicas a alta temperatura.

http://www.cienciadigital.net/noviembre2000/frame_polimeros.html

Un artículo de divulgación sobre los plásticos conductores de la electricidad. Está muy bien escrito y es muy claro.

http://www.chipo.com.ar/uno/apuntes0.htm

Una breve descripción sobre lo qué es un semiconductor. Da idea del tipo de fenómenos que manejan los diseñadores de materiales semiconductores.

http://www.ucsc.cl/~kdt/materiales/index.htm

Apuntes de física de materiales, de la Universidad Católica de la Santísima Concepción de Chile.

http://www.icmab.es/org/org_esp/index.html

Página web del Instituto de Ciencias de Materiales de Barcelona, donde dan cuenta de sus investigaciones en curso.

Bibliografía

En inglés:

http://www.mse.cornell.edu/materials_science_discovering/

La Universidad estadounidense de Cornell nos ofrece un buen artículo de divulgación sobre la moderna ciencia de materiales y sus aplicaciones presentes y futuras

http://www.mrs.org/

Página web de Materials Research Society, sociedad internacional de investigadores de ciencia de materiales. Suministra información sobre las últimas investigaciones en este campo y enlaces a otros sitios de interés.

http://www.crc4mse.org/

Página web de Ciencia e Ingeniería de materiales del Centro de Recursos de Estudios de EEUU. Ofrece información básica sobre la ciencia de materiales, qué es y dónde se puede estudiar. Es de destacar su historia de los materiales y los ejemplos que muestra de la presencia de nuevos materiales en nuestra vida cotidiana.

http://www.lbl.gov/MicroWorlds/

El laboratorio estadounidense de Berkeley ofrece una guía para estudiantes de ESO, sobre el mundo de los nuevos materiales, y los métodos de estudio que utiliza este laboratorio. Su sección sobre el Kevlar, un polímero plástico muy resistente y duro

Noticias Superesponjas. Eliminar vertidos tóxicos Nanopuertas. Responden a la acidez del

entorno Bonsai de metacrilato. Conducir el agua

como los árboles. Extraer agua de suelos secos

Fábrica de corazones. Con células del propio individuo

Noticias

Ojo biónico. Dispositivo electrónico. Cámara transmisora

Aguja en un pajar. Dispositivo en sangre para atrapar células cancerígenas

Imprenta de tejidos. Depositar células y la naturaleza hace el resto

Algas para biodiesel Dendrímeros. Cristales líquidos.

Materielas invisibles. Pantalla plana

Noticias Arroz-leche de verdad. Plantas con

genes que codifican 3 proteínas humanas. Plantas transgénicas

Sol+Agua= Combustible. Hidrógeno Arrancando Flúor. Catalizador de silicio.

Efecto invernadero. Clorofluorcarbonos/hidrofluorocarbonos.

Bisfenol A. Disruptores endocrinos. Envases. Enfermedades crónicas

Apuesta estratégica de futuro

La electricidad no se inventó por mejoras sucesivas del fuego

Rosa María Martín Aranda

Dpto. Química Inorgánica y Química TécnicaFacultad de Ciencias-UNEDSenda del Rey s/nMadrid

rmartin@ccia.uned.es

www.uned.es