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

Clúster Nanotecnológico: Diseño, caracterización y

obtención de nanomateriales y superficies

nanoestructuradas funcionales

Laring S.A.

Rhein Chemie

INQUIMAE (UBA-CONICET)

Gerencia Química (CNEA)

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.

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.

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).

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.

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

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.

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.

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.

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).

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.

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).

PRESUPUESTO DEL PROYECTO

Proyecto a 4 años

Proyecto $ 12.687.062

Aporte de Contraparte $ 3.924.062

Subsidio FS-NANO $ 9.742.200

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

Micrografia SEM vista en planta

Micrografia SEM vista en corte

Corte de poro

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

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

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

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

INTERACCION CON LA LUZ

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

ALUMINIO ANODIZADO FUNCIONAL

Electrocolor

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)

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

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

ESTRUCTURA POROSA DEL CATODO DE CARBON