Materiales de interés tecnológico

Este es un proyecto que tiene por objetivo general dar continuidad a las investigaciones relacionadas a materiales de interés tecnológico que el Grupo Ciencia de Materiales de Fa.M.A.F lleva a cabo. Las diferentes líneas de trabajo se pueden agrupar en tres grandes temas: aceros y superaleaciones basadas en Fe y Ni; cerámicos magnéticos [filtros moleculares de sílice del tipo ZSM-5, MCM-41 y MCM-48 modificados con Fe, Co, Mn; hematita nanométrica] y aleaciones metálicas magnéticas [CoCu, nanohilos y multicapas de CoM y FeM (M= Pt y Pd); aleaciones de tipo Heusler Mn-Ni-Ga, aleaciones CoSiB y FeSiB nanoestructuradas ]. El primer tema apunta a la optimización de las propiedades mecánicas de aceros de medio carbono y baja aleación, de producción nacional y aptos para construcciones mecánicas, y al desarrollo de superaleaciones (Fe,Ni) de alta temperatura, para su aplicación en pequeñas Turbomáquinas Térmicas. En el caso de materiales magnéticos cerámicos y metálicos, el objetivo es la producción y el desarrollo de nanoestructuras novedosas, con propiedades especiales, de potencial uso en nano-dispositivos y nanotecnología en general. En todos los casos se plantea la producción del material de interés a escala laboratorio, con control de las variables del proceso, la caracterización de la microestructura resultante y sus propiedades relevantes. Luego se establecen las correlaciones proceso-microestructura y microestructura–propiedades y se formalizan en modelos para los diferentes mecanismos que operan tanto durante la etapa de proceso (modelos de solidificación, de deposición, de aleado mecánico) como los involucrados en las propiedades de interés (modelos de magnetización, transporte, deformación). En este esquema se busca optimizar las propiedades. El presente proyecto fortalecerá además el área Ciencia de Materiales en la Universidad Nacional de Córdoba, formando en el nivel de grado y posgrado a ingenieros y físicos en esta disciplina. En el área de materiales cerámicos magnéticas nos dedicaremos (en colaboración con CiTeQ-UTN-FRC) a la producción y caracterización de filtros moleculares de sílice de amplio uso en procesos de catálisis, modificados por la incorporación de especies magnéticas. La incorporación del material magnético se realizará mediante técnicas hidrotérmicas y de impregnación. Los composites obtenidos se estudiarán con dos propósitos: evaluar los efectos de la funcionalización magnética sobre el desempeño del filtro de sílice como catalizador de diferentes reacciones y describir las propiedades magnéticas de las pequeñas (2 a 5 nm) nanoestructuras encapsuladas en los poros. Se continuará con la producción y caracterización de partículas de ferritas, con propiedades determinadas a partir del control de los distintos parámetros que intervienen en la síntesis. En la línea de aleaciones metálicas magnéticas se estudiarán las aleaciones de Heusler, con memoria de forma magnetica, las aleaciones CuCo con magneto-resistencia gigante y las aleaciones (Co,Fe)SiB con magnetoimpedancia gigante. Se aplicará la técnica de melt spinning con dos rodillos, a la producción de estas aleaciones. En el caso de aceros de medio carbono el plan propuesto apunta a identificar los micromecanismos de deformación y fractura que pueden operar en estas microestructuras. Se realizará el "collar test" con el objetivo de propagar una grieta radialmente hacia el centro del collar y luego poder observar la sección de material que la contiene. Esta serie de experimentos y observaciones permitirán localizar el inicio de la grieta y avanzar sobre la determinación del tipo de partículas que actúan como intermediarios en la propagación. Se espera que estos antecedentes más los resultados metalográficos arrojen luz sobre los mecanismos de fractura del acero IRAM – IAS 15B41

Generación y reacciones en fase gaseosa de radicales pequeños de interés en los procesos de deposición de silicio y derivados y en la química atmosférica

Los radicales libres juegan un papel importante como intermediarios en muchas reacciones químicas, como aquéllas involucradas en la combustión, en la atmósfera y en el espacio interestelar. El interés en los radicales libres ha crecido como resultado de la aplicación de las técnicas láser. (...) (...) Otra razón es su importante rol en la química de la atmósfera en relación a los problemas ambientales y su papel en los procesos de oxidación de moléculas orgánicas, en la química de la combustión y en la química atmosférica. Por esto es importante medir los coeficientes de velocidad para estas reacciones y comprender los mecanismos de reacción involucrados. (...) La aplicación de láseres al procesamiento de materiales para producir polvos y recubrimientos cerámicos de utilidad en microelectrónica, medicina, etc., ofrece una nueva tecnología con ventajas respecto de los métodos convencionales. SiH4 y sus derivados reciben atención debido a su importancia en la industria de los semiconductores. Sin embargo hay poca información disponible sobre los procesos químicos elementales de esta molécula. (...) En síntesis, es necesario conocer la reactividad y la cinética de los radicales del Si facilitará, a los fines de facilitar la construcción de mecanismos de deposición; el depósito de películas muy finas de Si y sus derivados a partir de distintos tipos de precursores en fase gaseosa, es de vital importancia en la tecnología moderna. (...) El proyecto comprende el estudio de las fluorescencias infrarroja y visible producidas por las especies generadas por la descomposición de silano (SiH4) por irradiación láser en fase gaseosa. Se estudia la generación de radicales, principalmente SiH2 y SiH3, a partir de precursores adecuados y sus reacciones con el objeto de obtener parámetros cinéticos y mecanismos de reacción que contribuyan al modelado de los procesos de deposición de metales y semiconductores. Se completará el montaje y calibración de un sistema de fotólisis pulsada con detección por fluorescencia de resonancia en flujo lento para el estudio de reacciones de átomos y radicales pequeños con compuesos de interés atmosférico.

Síntesis y/o modificación de materiales poliméricos utilizando moléculas dendrímeras

Haciendo uso de la experiencia y conocimientos adquiridos en la síntesis de polímeros polifuncionales entrecruzados y su aplicación como soportes en diferentes técnicas cromatográficas, se propone una nueva etapa de investigación usando moléculas dendrímeras. Este tipo de moléculas, cuyas propiedades y ventajas ya son conocidas, serán estudiadas bajo tres aspectos diferentes: * Como macronómeros: se propone obtener dendrímeros de características hidróficas con grupos hidroxilos o carboxilos en su superficie, que permita realizar sobre ellos reacciones posteriores de entrecruzamiento o la unión de ligandos específicos. * Como agente entrecruzante: esta propuesta está basada en el hecho de que el uso de un dendrón como agente entrecruzante, cuya estructura es simétrica y conocida, impartirá al producto final un tamaño de poro regular y homogéneo, el cual podrá ser manejado cambiando el tipo de generacióon del dendron. * Modificación química de soportes comerciales: se continuará con la modificación química de soportes poliméricos con moléculas dendrímeras que contienen en su estructura un fragmento químico capaz de realizar "reconocimiento molecular", el cual fue iniciado en forma experimental en el año 1996.

Evaluación de los principales parámetros para la fabricación de moldes cerámicos de microfusión aglomerados con silicato de sodio

El método de fundición a la cera perdida, destinado a la obtención de piezas de alta calidad, se emplea en elementos donde los costos por mecanizado son muy altos y no es posible la utilización de las técnicas tradicionales para su obtención por solidificación. El proceso permite libertad de diseño, colocar todo tipo de aleaciones, minimizar las tolerancias dimensionales, emplear las piezas sin mecanizado adicional, obtener espesores de pared muy finos y acabado superficial con muy baja rugosidad. Empleando silicato de sodio como aglomerante para la construcción de los moldes, se aportará los parámetros necesarios para evaluar el uso de sílice electrofundida como material para los moldes, temperatura y tiempos para la calcinación de los mismos con el objeto de obtener sus mejores condiciones y minimizar los costos de producción. Se inician trabajos en ceras para modelos y se continúan los referidos a tiempos de solidificación tendientes a obtener parámetros que faciliten el proceso de obtención de piezas por solidificación, empleando el método de la cera perdida. Objetivos: Continuar con el estudio de las variables de proceso que permitan la utilización a nivel industrial del silicato de sodio como aglomerante en moldes cáscara para microfusión, con las siguientes acciones: * Evaluar las características de moldes construidos con distintos tipos y granulometrías de refractorios, para determinar combinaciones óptimas para cada necesidad, en lo que se refiere a mayor resistencia mecánica y permeabilidad. * Estudiar las formas de optimizar el método de calcinación de los moldes, es decir, establecer períodos de permanencia en el horno y temperatura del mismo, a fin de minimizar los tiempos totales de elaboración de los moldes. * Evaluar y caracterizar materias primas para la obtención de ceras para modelos aptas para ser inyectadas en estado líquido o semilíquido. * Estudiar métodos alternativos para la elaboración de la conductividad térmica de moldes cerámicos. * Transferir la información al medio industrial para interactuar con fundiciones de la región.

Estudios genéticos con materiales inéditos de centeno (Secale cereale L.)

El centeno es uno de los más importantes recursos forrajeros en nuestra región. Su adaptabilidad a un amplio rango de condiciones climáticas y edáficas y su tolerancia al frío y a plagas y enfermedades lo hacen indispensable en el sistema de explotación ganadera extensiva como verdeo invernal. El mejoramiento genético se basa en la aplicación de la selección masal o en la obtención de variedades sintéticas para aprovechar los efectos genéticos aditivos que son los que prevalecen en los componentes de la producción de forraje, como número y tamaño de tallos y hojas, altura, etc. Las variedades sintéticas se desarrollan a partir de líneas endocriadas elegidas como progenitoras en base a pruebas previas de aptitud combinatoria general. El proyecto tiene cuatro objetivos específicos que se prueban con sendos ensayos usando material inédito a fin de determinar su valor para el uso comercial. Consiste en dos selectas derivadas del cv. Manfredi Suquía INTA por selección masal y de seis líneas obtenidas por endocría forzada durante más de veinte generaciones. Se determinará el valor de las selectas por su reacción a la heterogeneidad ambiental creada por medio de un experimento para probar tres factores: 2 tamaños de grano, 2 fechas de siembra y 2 tratamientos, con y sin fertilización más riego. En el caso de las líneas, se evaluarán progenies derivadas de policruzamientos y cuatro híbridos de azar con sus diferentes combinaciones de las seis líneas. Por último, cada línea es analizada por su contenido de algunas isozimas para conocer el nivel de homocigosis alcanzado.

Interacción de la radiación con la materia: Aplicación a la caracterización de materiales

Las tareas de investigación involucran tres subproyectos interdependientes: A. Caracterización de muestras extensas. B. Caracterización de muestras delgadas y multiminares. C. Caracterización de partículas y aplicación a la contaminación ambiental. Se prevé utilizar la técnica de Monte Carlo para predecir espectros de FRX con sistema dispersivo en energías. Este mismo método será utilizado para describir la distribución angular de los electrones retrodifundidos para incidencia normal y no normal, y también para mejorar la descripción de la función distribución de ionizaciones f(pz) utilizando secciones eficaces realistas. Paralelamente, se desarrollarán modelos de los parámetros fo, go y h que determinan la función distribución de ionizaciones f(pz). Del mismo modo, se estudiará la caracterización de muestras delgadas y estratificadas. Para ello se realizarán simulaciones Monte Carlo utilizando los resultados previstos en el párrafo anterior y se harán determinaciones experimentales con la microsonda electrónica de sistemas multilaminares simples y multicomponentes. Se extenderán las aplicaciones del programa MULTI desarrollado en nuestro grupo para cuantificación de muestras extensas, láminas delgadas y partículas. En este sentido se implementará un algoritmo para cuantificar muestras con picos no detectables, se evaluarán los errores en las concentraciones calculadas y se incluirá el reforzamiento por fluorescencia con las líneas K beta. Por otro lado, se implementará de un método de procesamiento de datos para el análisis de partículas en EPMA y su aplicación al estudio de la contaminación ambiental mediante el procesamiento de imágenes para la caracterización morfológica y química de partículas en suspensión, análisis de clusters. El objetivo final es la identificación y caracterización de fuentes de contaminación. Esta tarea será complementada con análisis global de la composición química en muestras de materia particulada mediante FRX, y el estudio de sus parámetros físicos mediante el método de simulación Monte Carlo. Se mejorará la estructura experimental de nuestro laboratorio poniendo en funcionamiento un microscopio electrónico Cambridge Stereoscan cedido por la Universidad de Barcelona conjuntamente con la capacidad analítica que ha sido adquirida para extender sus posibilidades de aplicación, y se instalará un equipo de FRX desarrollado en nuestro grupo con accesorios recientemente adquiridos. El desarrollo y solución de los problemas propuestos permitirá mejorar la formación integral de estudiantes en distintas etapas de su carrera de doctorado y recientemente doctorados, ya que presentan además de un aspecto básico, uno aplicado, pues tienden a la solución de situaciones concretas de interés biológico, ambiental y tecnológico.

Síntesis y Caracterización de Materiales Nanoestructurados para el Almacenamiento de Hidrógeno. Hidrogen storage: Synthesis and characterization of nanostructured materials.

El hidrógeno tiene, actualmente, una atención considerable por su posible uso como combustible limpio y otros usos industriales y se ha demostrado que es posible hacer funcionar motores de combustión interna, por lo tanto es una alternativa viable respecto de fuentes de energía no renovables como el petróleo y tal vez sea en el futuro la tecnología más prometedora para reducir la contaminación, conservando el suministro de combustibles fósiles. Uno de los principales problemas para la utilización del hidrógeno como combustible es el del almacenamiento para que pueda ser seguro y transportable con todos los riesgos que esto supone. En este sentido el estudio de la adsorción de polímeros conductores (tal como polianilina, PANI o polipirrol PPy) y su posterior polimerización sobre hospedajes como aluminosilicatos meso y microporosos y carbones mesoporosos, es de suma importancia por sus propiedades para el almacenamiento de H2. El objetivo general de este proyecto es Investigar el almacenamiento de hidrógeno en nuevos composites nano/microestructurados. La síntesis de materiales micro/mesoporosos (MFI, MEL, BEA, L, MS41, SBA-15, SBA-1, SBA-3, SBA-16, CMK-3) para usos como hospedaje se realizan por sol-gel o síntesis hidrotérmica y se modificarán con TiO2, CeO2, ZrO2 y eventualmente con Ir, Ni, Zr. Muestras de estos hospedajes serán expuestos a vapores del monómero puro (anilina o pirrol). Luego se polimerizarán por polimerización oxidativa. Los nanocomposites sintetizados se caracterizarán por XRD, FTIR, DSC, TGA, SEM, TEM, EXFAS, XANES, UV-Vis. La adsorción de hidrógeno sobre los composites se llevará a cabo en un Reactor Parr, desde presiones atmosféricas y a altas presiones y varias temperaturas de adsorción . Los estudios de desorción de hidrogeno se llevarán a cabo en un equipo Chemisorb Micrometrics y se realizarán estudios termogravimétricos y de capacidad de retención de Hidrogeno por el nanocomposite. La importancia del estudio de este proceso tiene importantes implicancias económicas y sociales que serán preponderantes en el futuro debido a las cada vez más exigentes regulaciones ambientales. Además se contribuirá al avance del conocimiento científico, ya que es posible diseñar nuevos materiales, los que además permitirán generar reservorios de H2 con alta eficiencia. Por lo consiguiente: - Se desarrollarán nuevos materiales nanoestructurados, micro y mesoporosos y nanoclusters de especies activas en los hospedajes como así también la inclusión de polímeros (PANI, PPy) dentro de los canales de estos materiales. - Se caracterizarán estos materiales por métodos espectroscópicos (fisicoquímica de superficie). - Se estudiará la adsorción /absorcion de H2 en los nuevos materiales desarrollados. -Se aplicarán métodos de diseño de experimento (RDS), para optimizar el proceso de almacenamiento de H2, nivel de interacción de variables sinérgicas o colinérgicas.

MATERIALES CON PROPIEDADES MAGNÉTICAS Y MULTIFERROICAS

Los materiales con propiedades multiferroicas, los materiales mesoporosos y óxidos mixtos con propiedades magnéticas constituyen en la actualidad temas de alto interés científico y con potencial para la búsqueda de aplicaciones tecnológicas. En este proyecto se estudiarán materiales con propiedades magnéticas y multiferroicas con potenciales aplicaciones tecnológicas. Basándonos en la amplia experiencia y reconocida trayectoria del Grupo Ciencia de Materiales en el estudio de materiales magnéticos, se desea continuar y profundizar el estudio de materiales, técnicas de producción y de caracterización recientemente incorporados al espectro de posibilidades de investigación del grupo. Los materiales serán producidos principalmente empleando las técnicas de aleado mecánico, síntesis química, electrodeposición y deposición láser pulsada. Estos materiales producidos, serán caracterizados en su morfología y por sus propiedades funcionales utilizando técnicas de caracterización disponibles en el grupo de investigación (difracción de rayos X, magnetometría de muestra vibrante(VSM), Calorimetría diferencial y balanza termogravimétrica (DSC-TGA), microscopia electrónica de barrido (SEM), Microanálisis (EMPA)) como las que se acceden a través de la Red Nacional de Magnetismo (SQUID, PPMS ). También se incluirán otras técnicas de caracterización a las cuales se accede mediante convenios específicos.

DESARROLLO TECNOLÓGICO DE TEJAS CON MATERIALES RECICLADOS PARA VIVIENDAS

El proyecto tiene como objetivo general colaborar en la descontaminación del medio ambiente, y en la solución del déficit habitacional de nuestro país. Su objetivo específico es el desarrollo de componentes constructivos sustentables desde los puntos de vista ecológico, técnico y económico. Los resultados esperados son tejas elaboradas con materiales reciclados tales como plásticos procedentes de la industria, y caucho procedente de neumáticos en desuso. De esta manera se colabora en la descontaminación del medio ambiente, puesto que se utilizan residuos que en gran parte son enterrados en predios municipales, sin utilidad alguna; o acumulados y quemados en basurales, produciendo degradación del entorno. Uno de los propósitos del trabajo es aportar una alternativa a otras tecnologías de construcción tradicionales, que consumen recursos no renovables, o que producen impacto ambiental negativo. Este proyecto permitirá la continuidad de una línea de trabajo iniciada en el Centro Experimental de la Vivienda Económica en años anteriores, cuya temática fue el reciclado de plásticos para elaborar ladrillos, bloques y placas que se utilizan como cerramiento en viviendas económicas. Estos productos fueron desarrollados utilizando como ligante el cemento Pórtland. En este proyecto se propone ligar las partículas plásticas y de caucho mediante un procedimiento de termo-moldeo con compactación, para la obtención de tejas con ventajas técnicas comparativas con respecto a las tradicionales (mayor resistencia al granizo y a esfuerzos de flexión). La metodología a utilizar es la de Investigación – acción, que implica la ejecución inter.-disciplinaria y grupal de experiencias, con evaluaciones cíclicas capaces de ir generando un retorno para retro-alimento de la investigación. Sintéticamente, se realizarán experiencias sucesivas, con la fabricación de probetas en las cuales se modificarán variables de a una por vez (tales como la dosificación de materiales, granulometrías, materiales constitutivos, procedimientos de elaboración, temperatura aplicada, presión mecánica, y diseño morfológico de componentes), se realizarán ensayos de laboratorio, se evaluarán resultados, se realizarán ajustes en base a conclusiones parciales, se construirá un prototipo y se evaluará su comportamiento en el tiempo, para finalmente tramitar los Certificados de Aptitud Técnica y la Patente. La hipótesis de trabajo es que se pueden construir viviendas más ecológicas que las tradicionales, con calidad técnica y económicas, utilizando elementos constructivos fabricados con “nuevos materiales”, a partir del reciclado de residuos plásticos y de caucho.

Sustentabilidad técnica, económica y ambiental en la construcción de viviendas. Producción de materiales con mezclas de suelo cemento.

Durante las últimas décadas se ha intentado recuperar el suelo del sitio de la construcción para combinarlo con materiales aglutinantes como el cemento o la cal, a los fines de disminuir la incidencia de costo del material en el monto total de la obra. Como antecedente, la ingeniería vial ha utilizado las mezclas de suelo cemento o suelo cal en terraplenes compactados en búsqueda de estabilidad tenso-deformacional de las obras geotécnicas desde la Segunda Guerra Mundial hasta nuestros días (Guney et al. 2006, Aiassa y Arrúa 2007. En esta región del país, la construcción de diversas obras de ingeniería se realiza con materiales tradicionales como el hormigón, morteros o ladrillos comunes, estos últimos obtenidos de la cocción de una mezcla de suelo arcilloso y paja cocidos (Millogo et al. 2008, Calabria et al. 2009) que provocan un impacto ambiental negativo atribuido a la contaminación atmosférica y la tala excesiva de vegetación local. Se planteará y definirá el manejo de materiales, ensayos y experimentos para el estudio sistematizado de las propiedades del material construido. Con esto se definirá el estudio experimental. Con los resultados obtenidos en el paso anterior, se procederá al análisis e interpretación de estos. Formulando las recomendaciones y conclusiones del proyecto. Se realizará la caracterización del suelo empleado como material de base para las mezclas. Se parametrizarán funciones de densidad de probabilidades para índices típicos del suelo (contenido de humedad natural, pesos unitario seco, límites de consistencia, etc.) Se pretende fijar definiciones respecto de: 1.Caracterización del comportamiento de los suelos limo arcillosos típicos del centro del país como material de construcción 2.Planteo de modelos teóricos-experimentales de caracterización de las relaciones tensión-deformación y la influencia del humedecimiento y permeabilidad en suelos limo arenosos y limo arcillosos compactados con aglomerante 3.Evaluación de los efectos ocasionados sobre el terreno natural, de características típicamente colapsables 4.Estimación de los tiempos requeridos para el curado de los elementos estructurales 5.Niveles de compactación y contenidos de humedad recomendable para el empleo de estos materiales como construcciones de uso civil 6.Elementos o componentes adicionales a los elementos estructurales requeridos para garantizar y verificar el adecuado funcionamiento Con los resultados recavados se establecerán comparaciones económicas entre la fabricación de elementos estructurales con materiales tradicionales o suelo-aglomentante. Hipótesis: Las mezclas suelo-aglomerante son mas económicas a igual calidad que los materiales tradicionales. Desarrollar criterios normativos para establecer estándares de calidad en la fabricación de elementos estructurales de esta naturaleza. Hipótesis: con procedimientos estandarizados se puede lograr la aceptación de los productos de esta investigación en el medio local.