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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 [email protected]
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
www.uned.es
