Nuevas tecnologías para la fabricación y caracterización de materiales compuestos nanoestructurados

El Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la URJC dispone de un nuevo laboratorio (NANO-LABÜ) para la caracterización micro- y nanomecánica de materiales.

Las nanotecnologías se presentan hoy en día como un avance que incidirá sobre todos los sectores de la economía. Su aplicación concreta en el campo de la Ingeniería de Materiales abre la puerta al diseño y modificación de las propiedades de muchos de los materiales ya conocidos, de forma más radical de lo hasta ahora conseguido, así como posibilita la creación de materiales completamente nuevos. Estos materiales acceden a nuevas propiedades y explotan con mayor efectividad la sinergia resultante de la combinación de diferentes materiales, aunque esto sólo es posible cuando la estructura y la física fundamental asociadas a una propiedad convergen a escala nanométrica. Es de prever, por tanto, que la capacidad de actuar sobre la estructura de los materiales a escala nanométrica producirá efectos de gran alcance sobre todos los sectores de la economía.

Dentro de esta nueva familia de materiales se encuentran los materiales compuestos nanoestructurados (nanocomposites) que son un ejemplo de la aplicación de la nanoescala y su tecnología asociada al desarrollo de una amplia serie de combinaciones revolucionarias de materiales. En los nanocomposites se persigue la combinación de una matriz continua que, en principio, puede poseer naturaleza polimérica, metálica o cerámica, junto a un refuerzo a escala nanométrica (nanopartículas, nanoláminas, nanofibras o nanotubos). Para la integración del nanorefuerzo a la matriz es necesario llevar a cabo un conjunto de procesos físicos y químicos que difieren para cada sistema matriz /refuerzo y que, hasta la fecha, no están suficientemente establecidos. La utilidad de cada uno de estos procedimientos y de los materiales resultantes dependerá, en gran medida, de que ese proceso permita obtenerlo en cantidad, calidad y forma acordes con su uso funcional y bajo costo. En la actualidad industrias como la aeronáutica, la automoción, la de generación de energía, etc.; están muy interesadas en la producción de este tipo de materiales por sus potenciales ventajas frente a los actualmente utilizados.

Sin embargo, muchos de los avances y desarrollos previsibles están condicionados no sólo por la puesta a punto de las nuevas tecnologías de fabricación y procesado a escala nanométrica, sino también por el desarrollo de las técnicas y, sobre todo, de la base de conocimiento necesarios para la medida y caracterización de propiedades a esa nueva escala de diseño y fabricación. En el caso concreto de los materiales compuestos nanoestructurados, la determinación de las propiedades mecánicas a nivel nano- y microescalar es un requisito determinante para poder conocer los mecanismos de aumento de resistencia que participan a ese nivel y optimizar el comportamiento mecánico, incluso a escala macroscópica.

Bajo estas premisas, el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Rey Juan Carlos, dirigido por el Prof. Alejandro Ureña Fernández, viene trabajando desde hace unos años en una doble línea de actuación. Por un lado, la de fabricación de materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con nanofibras de carbono con el objetivo de lograr incrementos sensibles de sus propiedades mecánicas (rigidez y resistencia) con pequeñas adiciones de nanorefuerzo. Por otro, la puesta a punto de técnicas de caracterización y medida que combinan la nanoindentación con sistemas de microscopías de proximidad, como es el caso de la microscopía de fuerzas atómicas (AFM), para analizar el comportamiento a escala micro- y nanomecánica de éstos y otros materiales. Ambas líneas de trabajo forman parte de una nueva unidad de dicho departamento, denominada Laboratorio de Caracterización Nanomecánica y Nanoestructural (NANO-LABÜ) que está integrada en la Red de Laboratorios (rla) del sistema madrid.