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PROYECTO FS-NANO 007Clúster Nanotecnológico: Diseño, caracterización y
obtención de nanomateriales y superficies nanoestructuradas funcionales
(Nanoquímica)
Ernesto J. CalvoINQUIMAE (CONICET-UBA)
Buenos Aires, 13-15 de Setiembre 2011
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Clúster Nanotecnológico: Diseño, caracterización y
obtención de nanomateriales y superficies
nanoestructuradas funcionales
Laring S.A.
Rhein Chemie
INQUIMAE (UBA-CONICET)
Gerencia Química (CNEA)
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Cluster Nanotecnológico: Diseño, caracterización y obtención de nanomateriales y superficies
funcionales
Laring S.A. es una empresa argentina especializada en el tratamiento de superficies con procesos y productos para galvanotecnia de metales,
pretratamiento de superficies y anodizado de aluminio.
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Cluster Nanotecnológico: Diseño, caracterización y obtención de nanomateriales y superficies
funcionales
Rhein Chemie es una empresa especializada en la provisión de auxiliares de proceso para diversas industrias, siendo su principal negocio la
industria del neumático. También comercializa emulsiones y dispersiones para la industria del caucho, industria química, agroindustria y minería.
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Cluster Nanotecnológico: Diseño, caracterización y obtención de nanomateriales y superficies
funcionales
INQUIMAE es un Instituto de Investigaciones de CONICET y la Universidad de Buenos Aires especializado en la química de los materiales, ambiente y
energía y ha extendido sus actividades a la nanotecnología y la bio fisicoquímica. Cuenta con 43 investigadores, laboratorios, instrumental (DRX, XPS, Raman, PM-IRRAS, Microanálisis, DSC, etc.) e infraestructura y
talleres de prototipos.
La oficina de coordinacion administrativa (OCA) de CONICET en Ciudad Universitaria realiza la administración y contabilidad de proyectos nacionales e internacionales (p.ej. Unión Europeo, PPG).
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Cluster Nanotecnológico: Diseño, caracterización y obtención de nanomateriales y superficies
funcionales
El grupo de química de nanomateriales (QNM), liderado por el Dr. Galo Soler Illia, dentro de la Gerencia Química de la Comisión Nacional de
Energía Atómica realiza investigaciones en reactividad de coloides y superficies. Cinco investigadores con becarios de maestrias, doctorados e ingeniería de materiales y posdoctorandos trabajan en síntesis y
funcionalización de nanomateriales y películas nanoestructuradas.
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CLUSTER NANOTECNOLOGICO: DISEÑO, CARACTERIZACION Y OBTENCION DE NANOMATERIALES Y SUPERFICIES QUIMICAMENTE FUNCIONALES
Ernesto J. Calvo
Director del Proyecto
GRUPOS
1.Diseño y Fabrica ción
2.Caracteri zaci ón
3. Escala do, Producci ón y
Testeo.
INQUIMAE -OCA
Cdor. Marcel o Amitra no
RESPONSABLE
ADMINISTRAT IVO
(RAP)
CONSORCIO PUBLICO PRIVADO (CAPP)
INQUIMAE (CONICET) – GQ (CNEA) - LARING- RHEIN CHEMIE
Expertos Internacionales
D.J. Schiffrin
Clement Sanchez
Luis Liz Marzan
CONSEJO DE DIRECCION DEL CAPP
Representante CONICET y alterno
Representante CNEA y alterno
Representante LARING S.A. y alterno
Representante Rhein Chemie y alterno
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Complementariedad
Empresas
Cadenas de valor, mercados, facturación demostrable en procesosy productos.Modalidad “Business to Business”B toB (penetración en mercados)Demanda de necesidades tecnológicas en química de superficies.
Grupos Científicos
Experticia en Nanoquímica en proyectos básicos y desarrollosOferta C&T a partir del conocimiento científico.
OportunidadesDesarrollos de TecnologíasDesarrollo de nuevas líneas de investigación a partir de requerimientos tecnológicos.Formación de RRHH en tecnologías con demanda en el país.
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La elección del tema
• Fortalezas de los grupos científicos: Química de Superficies y Nanopartículas.
• Existencia de empresas con tecnologías con necesidades en el área de fortaleza, interesadas en formar un CAPP.
• Existencia de cadena de valor de productos y procesos en dichas empresas con mercados y facturación demostrados.
• Tecnólogos + Científicos = Posibilidad de generar tecnologias disruptivas de aplicación en el corto plazo.
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Plataforma Nanotecnológicabasada en química de nanopartículas y superficies
•Diseño
•Construcción
•Caracterización
•Escalado de superficies funcionales utilizando nano-particulas metálicas
•Mejora de Productos o Procesos. P.ej. Aluminio anodizado funcional
•Nuevos Productos o Procesos. P.ej. Superficies
autodesmoldantes, superificies ignifugas, super-hidrofóbicas, antibacterianas, autolimpiantes, etc.
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Antecedentes•MOTOROLA SPS (USA): Biomolecular Electronics, 2001 (E.J. Calvo, INQUIMAE)
•PAE 37063/2006: CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGIA
(CONICET, CNEA, UBA)
•PID 75 Nanotek S.A.: Desarrollo de Nanoplata en Textiles
•PPG Industries (USA): Prueba de concepto de un recubrimiento inteligente para techos y
ventanas. 2009- (Williams, Soler Illia, Calvo)
•PRIETEC 2008: Infraestructura y equipamiento INQUIMAE.
•EULASUR (Union Europea Coordinacion). Network of Advanced Materials and
Nanomaterials of Industrial Interest. 2009
•BIOMOLECTRONICS (Union Europea IRSES): Southampton, Galway, Buenos Aires). 2010-
2014
•F.J.Williams: Tenaris-Siderca 2006-2009. Departamento de Química de Superficies y
Recubrimientos en Siderca-Tenaris. (3 patentes en USA y Europa, 13 publicaciones en
revistas científicas con referato)
•Premio Innovar 2008 Investigacion Aplicada: Desarrollo Nanocatalizadores (Calvo-Williams).
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Metodología
•Métodos de Fabricación: en disolución, sol-gel, inmersión, spray, electroquímicos.
•Caracterización: UV, DRX, TEM, SEM, FTIR (PM-IRRAS), Raman, STM, AFM, Dispersión de luz, elipsometría, etc.
•Escalado: Adaptación a práctica industrial en batch y contínuo, planta piloto, automatización, control de
calidad (reproducibilidad industrial), etc.
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Formación de Recursos Humanos
• 4 Becarios Doctorales (investigación y desarrollo básico).
• 2 Becarios Posdoctorales (articulación de la investigación y el desarrollo).
• 4 Ingenieros (escalado y articulación industrial).
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PRESUPUESTO DEL PROYECTO
Proyecto a 4 años
Proyecto $ 12.687.062
Aporte de Contraparte $ 3.924.062
Subsidio FS-NANO $ 9.742.200
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Ej. ALUMINIOANODIZADO FUNCIONAL
AOA formado por oxidación electroquímica del aluminio en soluciones acuosasEstudios preliminares a cargo del Dr. Ing. Romain Clarenc
Crece oxido de aluminio con Nanoporos
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Micrografia SEM vista en planta
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Micrografia SEM vista en corte
Corte de poro
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5 10 15 20 25 30 35 400
5
10
15
20
25
30
35
40
Esp
eso
r d
e A
lúm
ina
(µ
m)
Tiempo de Anodizado (min)
Condiciones de Anodizado15 vol% H2SO4 ;15 V; 22ºC
25 µm
5.9 µm 23.6 µm9.8 µm
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10 11 12 13 14 15 16 17 180
10
20
30
40
50
60
Voltage (V)
Esp
eso
r d
e al
úm
ina
(µm
)Condiciones de Anodizado15 vol% H2SO4 ;30 min; 22ºC
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Dis
tan
cia
med
ia e
ntr
e p
oro
s (
nm
)
Voltage (V)
10 11 12 13 14 15 16 17 18
240
260
280
300
320
340
360
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De
nsi
dad
de
Po
ros
/ µ
m2
Voltage (V)
10 11 12 13 14 15 16 17 18
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
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INTERACCION CON LA LUZ
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1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
co
s ∆
(º)
E / eV
5'
10'
15'
20'
25'
30'
35'
40'
1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,50,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
Ta
n Ψ
(º)
Energia / eV
5´
10'
15'
20'
25'
30'
35'
40'
ELIPSOMETRIA ESPECTROSCOPICA
0 500 1000 1500 2000 2500
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
Re
frac
tive
ind
ex,
n
λ / nm
n, k = 0
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ALUMINIO ANODIZADO FUNCIONAL
Electrocolor
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Espectros de Reflectancia Difusa de Aluminio Anodizado con Electrocolor
Fabricados por Anodizados Monti S.A. con productos Laring S.A.
400 450 500 550 600 650 700 750 8000
5
10
15
20
25
30
35
40
Bordo Lijado
Bordo
Bordo Brillante
Re
fle
cta
nc
e (
%)
W avelength (nm)
400 450 500 550 600 650 700 750 80010
20
30
40
50
60
70
Peltre Lijado
Peltre
Peltre Brillante
Re
fle
cta
nc
e (
%)
W avelength (nm)
400 450 500 550 600 650 700 750 8000
5
10
15
20
Negro Lijado
Negro
Negro Brillante
Re
fle
cta
nc
e (
%)
W avelength (nm)400 450 500 550 600 650 700 750 800
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Re
fle
cta
nc
e (
%)
W avelength (nm)
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Hexagonally ordered 100 nm period nickel nanowire arrays
K. Nielsch,a) R. B. Wehrspohn, J. Barthel, J. Kirschner, and U. GoseleMax-Planck-Institute of Microstructure Physics, Weinberg 2, 06120 Halle, Germany
S. F. Fischer and H. Kronmuller, Max-Planck-Institute of Metal Research,
Heisenbergstrasse 1, 70569 Stuttgart, Germany
,1360
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a) Automóviles Híbridos (HEV)b) Vehículo Hibrido Eléctrico Enchufablec) Totalmente Eléctricos (EV)
14 Terawatts consumo mundial de energía
34% Petróleo y 40% emisiones CO2
Gasolina 13.000 Wh/kg (1700 Wh/kg)
Capacidad 125 kWh para 250 Wh/millas500 millas/800 kilómetros
2Li+O2 = Li2O2 11.680 Wh/kg
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ESTRUCTURA POROSA DEL CATODO DE CARBON
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