1. Diseño de materiales con propiedades específicas
Materiales híbridos y biohíbridos
P. Aranda
Se introducirán a los alumnos diversos materiales denominados híbridos organo-inorgánicos y bio-híbridos, entre los que se incluyen los denominados materiales nanocompuestos (nanocomposites), sistematizando aspectos relacionados con los procedimientos más habituales de su preparación y caracterización, comentando también la utilidad de este tipo de materiales funcionales enfocadas a las aplicaciones más relevantes.
Síntesis mediante técnicas bottom-up. Materiales supramoleculares y poliméricos
B. Gómez-Lor/E.M. Maya
En los últimos años, unido al desarrollo de la nanotecnología, ha surgido un gran interés por la obtención de materiales siguiendo lo que se conoce como una estrategia bottom-up, su construcción a partir de sus unidades más pequeñas.
En este curso se mostrará cómo mediante un adecuado diseño a nivel molecular se logra un alto control de la propiedad final del material y se presentarán los principios básicos en el desarrollo de materiales orgánicos y organometálicos para aplicaciones en campos tan variados como la electrónica impresa, adsorción y separación de gases o el desarrollo de eficaces sistemas catalíticos.
Materiales biomiméticos
M. Ferrer/M.C. Gutiérrez Pérez
La naturaleza nos proporciona una gran variedad de materiales con diferentes funciones que pueden servir como fuente de inspiración al abordar el diseño de nuevos materiales. El traslado de las ideas recogidas en dicha observación hacia la preparación del nuevo material requiere un análisis detallado de la relación estructura-función observada en el mundo natural. Son muchas las oportunidades para aprender del medio natural y en este tema se revisaran diferentes aproximaciones que han conducido a la introducción de materiales con propiedades optimizadas.
Síntesis de óxidos polifuncionales
J.A. Alonso
El interés por los óxidos metálicos aumentó enormemente con la aparición de los cupratos superconductores de alta temperatura crítica en los años 80. Este interés se ha mantenido posteriormente con la descripción de nuevas fenomenologías, como la magnetorresistencia colosal o el carácter multiferroico en óxidos; estos materiales también encuentran aplicaciones en pilas de combustible y muchos dispositivos electrónicos. Muchos de estos óxidos presentan una estructura de tipo perovskita, que por su flexibilidad composicional es capaz de albergar un gran número de elementos de la tabla periódica, a los que deben sus propiedades. Muchos de estos elementos pueden adoptar estados de oxidación inusuales (oxidados o reducidos) y su estabilización está en el origen de las propiedades mencionadas. La síntesis de estos óxidos es clave para estabilizar los estados de oxidación adecuados, muchos de los cuales necesitan condiciones especiales. En esta clase se repasarán diversos métodos de síntesis, desde los más convencionales como los procedimientos cerámicos y la síntesis por vía húmeda (soft chemistry) a los más sofisticados que transcurren a alta presión. También se aludirá a la necesaria caracterización estructural, en muchas ocasiones por difracción de neutrones, y siempre atendiendo a las propiedades de interés y a las aplicaciones para las que se pretende diseñar y optimizar estos materiales.
Química reticular: Diseño de materiales y aplicaciones.
F. Gándara
La química reticular abarca el estudio de materiales formados por la unión de unidades de construcción moleculares a través de enlaces fuertes, para formar redes robustas con características estructurales deseadas. En la clase se presentará al alumnado los principios básicos de construcción de estos materiales y se mostrará cómo los principios de la química reticular se han aplicado en el desarrollo de clases de materiales tales como los “metal-organic frameworks” y “covalent organic frameworks” (MOFs, COFs). Se ilustrará como estos materiales tienen utilidad en diversos campos, que incluyen almacenamiento energético, remediación medioambiental, o liberación controlada de fármacos, entre otros. Finalmente se mostrarán algunas de las tendencias actuales en la investigación sobre materiales reticulares.
Fabricación de nanopartículas en fase gas
Y. Huttel, L. Martínez
La fabricación de nanopartículas en fase gas presenta una serie de características que la hacen particularmente atractiva para complementar a los métodos más tradicionales como son los métodos químicos. En esta clase se mostrarán los fundamentos de este tipo de síntesis y las características que la diferencian. Se presentarán las distintas variantes de la técnica que permiten múltiples rutas para la síntesis de nanopartículas en fase gas, presentando ejemplos de nanopartículas fabricadas mediante estas técnicas y sus aplicaciones. Además, se abordarán los recientes desarrollos tecnológicos que han hecho evolucionar esta la tecnología y los retos a los que se enfrenta.
2. Materiales para la salud
Biomateriales y sus aplicaciones en biomedicina
M.C. Serrano
En las últimas décadas, la investigación en Ciencia de Materiales se ha adentrado en el complejo ámbito del desarrollo de materiales avanzados que puedan servir como elementos terapéuticos en Biomedicina, abarcando aplicaciones tan diversas como la reparación del tejido cardiovascular, la sustitución de tejido óseo y cartilaginoso, la liberación de fármacos o la regeneración neural, por citar algunos de los más destacados usos. Estos materiales, convencionalmente llamados “biomateriales”, requieren un diseño inteligente y exhaustivo en el que un amplio abanico de parámetros diferentes debe tenerse en cuenta para garantizar el éxito del dispositivo fabricado. Desde las propiedades físico-químicas hasta la biocompatibilidad con células y tejidos (estudios in vitro, ex vivo e in vivo), los biomateriales deben satisfacer un conjunto de requerimientos que sólo pueden alcanzarse desde una estrategia combinada que aúne la experiencia de equipos de investigación multidisciplinar para su diseño y desarrollo. En esta clase, realizaremos un interesante recorrido por los parámetros más relevantes a considerar en el diseño de biomateriales, así como algunas de sus más exitosas aplicaciones en Biomedicina.
Nanopartículas para diagnóstico y tratamiento médicos
S. Veintemillas
Los últimos estudios en nanopartículas y sus aplicaciones biomédicas nos revelan un futuro muy prometedor para estos materiales tanto en la detección de tumores y metástasis, como en el tratamiento de los mismos mediante administración de fármacos o tratamientos de hipertermia. Puntos importantes de este curso son los métodos de síntesis de nanopartículas (metales nobles y materiales magnéticos) fiables y reproducibles, con control del tamaño de partícula y su distribución, la modificación superficial de las nanopartículas para obtener suspensiones coloidales biocompatibles y el estudio de sus propiedades magnéticas, su especificidad y biodistribución una vez inyectadas “in vivo”.
Materiales avanzados para su uso en implantes
J.F. Bartolomé
En este curso se analizarán los diferentes tipos de biomateriales que se utilizan en la fabricación de prótesis e implantes para la sustitución de tejidos duros (dentales y óseos). El estudio de las características estructurales y la relación bioquímica de estos materiales con los tejidos permite definir sus ventajas y principales limitaciones. Se evaluarán posibles líneas de evolución basándose en el estudio de la microarquitectura y propiedades de los materiales naturales que se pretende reemplazar. Se utilizará como principal herramienta el diseño microestructural para optimizar de forma inteligente las propiedades de una nueva familia de biomateriales que puedan satisfacer demandas más complejas y puedan ser compatibles con las expectativas reales del funcionamiento clínico. Finalmente se describirán los implantes y prótesis más importantes, los aspectos relativos a los ensayos «in vivo» y protocolos de implantación.
3. Materiales para conversión y almacenamiento de energía
Materiales para recolección de energía
M. Algueró
Las tecnologías de recolección de energía (del inglés Energy Harvesting) transforman energía disipada en el ambiente; térmica, mecánica, electromagnética …, en energía eléctrica para la alimentación en el sitio de electrónica de bajo consumo. Se trata de una energía limpia, complementaria a las tecnologías alternativas de generación a gran escala, que persigue aumentar la eficiencia del sistema. Está además muy ligada al despliegue de redes de sensores inalámbricos, que son un elemento esencial en la transición digital de la sociedad (industria 4.0, IoT …). En esta clase se describirán las distintas tecnologías de recolección en desarrollo, haciendo énfasis en los mecanismos de transducción de estado sólido en los que se basan, y en los materiales termoeléctricos, piezoeléctricos y magnetoeléctricos que las facilitan.
Materiales para la próxima generación de baterías de estado sólido
A. Aguadero, R. Jiménez
Parte 1- Fundamentos de baterías: relación entre materiales y propiedades
Parte 2- Materiales y próxima generación de sistemas
El desarrollo de baterías secundarias sostenibles que sean capaces de proporcionar altas densidades de corriente de una manera segura es fundamental para la transición a un sistema energético con emisiones cero de carbono, basado en energías renovables. En este sentido, los materiales de estado sólido ofrecen una plataforma única para generar sistemas duraderos, no inflamables que permitan almacenar altas cantidades de energía y liberarla de una manera rápida sin perdidas energéticas. En este curso aprenderás los fundamentos de funcionamiento de sistemas electroquímicos tales como baterías secundarias, analizarás y calcularas parámetros fundamentales y entenderás el papel que los materiales que las componen juegan en su optimización. Durante el curso, estableceremos las relaciones existentes entre la estructura, composición y propiedades de los materiales actuales y analizaremos las tendencias en investigación para el desarrollo de la nueva generación de baterías de estado sólido.
En una primera parte del curso, nos centraremos en las propiedades de los diferentes materiales que componen una batería secundaria de estado sólido. Estudiaremos las propiedades de transporte iónico y electrónico en los diferentes tipos de materiales y las propiedades de las intercaras electrolito / electrodo cuyas propiedades son esenciales para el funcionamiento de la batería. En este apartado entraremos en las nociones de electroquímica y parámetros necesarios para entender el funcionamiento de estos dispositivos de almacenamiento de energía.
En una segunda parte, trataremos las diferentes aproximaciones actuales para el desarrollo realista de baterías de todo estado sólido. Haremos un repaso de las tendencias actuales, materiales, cadena electroquímica, arquitectura y veremos los problemas fundamentales que separan los resultados actuales de los previstos teóricamente. Finalmente visitaremos las tendencias de futuro, desde el punto de vista de los materiales, para la consecución del objetivo de una batería recargable todo sólido de alta energía y potencia.
4. Materiales para electrónica
Materiales para electrónica flexible
M.L. Calzada /I. Bretos
La electrónica flexible se engloba dentro de la macroelectrónica o electrónica de grandes áreas, un campo emergente que en los últimos años ha experimentando destacados avances impulsados por la demanda de nuevos dispositivos flexibles en nuestra sociedad (pantallas de visualización, smartphones, ropa tecnológica). Estos productos se basan en la integración de películas delgadas de diversos materiales funcionales — orgánicos e inorgánicos — sobre substratos baratos, ligeros y flexibles como el plástico, el papel o el textil. Sin embargo, el procesado de materiales inorgánicos de altas prestaciones (p.ej. óxidos cristalinos) requiere tratamientos térmicos a temperaturas muy por encima de la estabilidad térmica de los substratos anteriormente mencionados limitando el progreso de esta tecnología. Los métodos químicos en disolución de baja temperatura nacen con el fin de solventar esta incompatibilidad térmica, dando acceso a la fabricación de una nueva generación de sistemas electrónicos flexibles con prestaciones muy superiores a las de los actuales y con aplicaciones potenciales en salud y bienestar (piel electrónica, robótica), energía (celdas solares) y tecnologías de la información (dispositivos inteligentes).
Materiales para electrónica orgánica
E. García Frutos
La Electrónica Orgánica es una rama de la electrónica que se ocupa del estudio de materiales orgánicos. El nombre procede de usar los semiconductores “orgánicos”, que se hacen con materiales con base de carbono, en lugar de silicio como en la electrónica convencional. La gran ventaja que poseen los dispositivos basados en materiales orgánicos, aún en una fase de desarrollo preindustrial, viene establecida por sus interesantes propiedades técnicas. La ligereza y flexibilidad de dichos dispositivos, generalmente impresos sobre sustratos plásticos, hacen que puedan ser integrados y adaptados casi a cualquier escala. En esta clase se presentara como la electrónica orgánica es altamente interdisciplinar e involucra el diseño, síntesis y procesamiento de materiales orgánicos e inorgánicos funcionales, el desarrollo de técnicas avanzadas de micro y nanofabricación, diseño de dispositivos y circuitos, y caracterización de materiales y dispositivos.
Métodos de nanolitografía y sus aplicaciones
R. García
La nanolitografía incluye los métodos y procedimientos para fabricar patrones y dispositivos con dimensiones características por debajo de los 100 nm. La clase proporciona una introducción a los métodos más actuales para fabricar dispositivos y nanoestructuras a escala nanométrica. Entre otros métodos, se describen las nanolitografías de electrones, las haces iónicos y las basadas en el uso de los microscopios de fuerzas. La clase combina tanto aspectos básicos como aplicaciones y se complementa con varios ejemplos para diseñar dispositivos nanométricos.
Dispositivos electrónicos de espesor atómico
M.Muñoz/J. Quereda
El reciente descubrimiento y desarrollo de materiales de espesor atómico como el grafeno, el disulfuro de molibdeno (MoS₂), el fosforeno ha supuesto una revolución para la nanoelectrónica. Estos materiales (láminas cristalinas con una o pocas capas de átomos de espesor) exhiben propiedades electrónicas, ópticas, térmicas y mecánicas únicas. Su naturaleza bidimensional facilita una mayor movilidad de los electrones, una mejor flexibilidad mecánica y una excelente conductividad térmica, lo que los convierte en candidatos ideales para aplicaciones avanzadas en transistores, sensores, dispositivos flexibles, células solares y circuitos integrados. En este curso exploraremos las propiedades fundamentales de los materiales de espesor atómico y algunas de sus potenciales aplicaciones en electrónica, optoelectrónica y disipación de energía.