Nanotecnología - Anthony Townsend

Transcripción

Informe sobre la Situación
de la Nanotecnología
en la Comunidad Valenciana
Diciembre 2009
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Situación de la Nanotecnología
Realidad y perspectiva científica, Tecnológica y empresarial
3
4
Informe sobre la situación de la NANOTECNOLOGíA
Promoción:
Generalitat Valenciana
CIERVAL
Realización
espaitec, Parc Cientific, Tecnològic i Empresarial de la Universitat
Jaume I de Castelló
Colaboración
Red de Parques Científicos de la Comunidad Valenciana (rePCV)
Instituto de Tecnología Cerámica (ITC), Castelló
R&MK, Castelló
Institute for the Future, Palo Alto, California (EEUU)
Castellón, Diciembre 2009
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6
Indice
9
Agradecimientos
11
Resumen Ejecutivo
15
Introducción
25
La Nanotecnología a nivel mundial
37
La Nanotecnología en España
47
Tejido empresarial en Nanotecnología de la Comunidad Valenciana
57
Enfoque desde la Ciencia
93
Enfoque Tecnológico
121 Enfoque desde el Mercado
135 El futuro del sector de la Nanotecnología
143 Conclusiones y Recomendaciones
157 Bibliografía
7
8
Agradecimientos
Se agradece a todos los colaboradores (la Red de Parques Científicos de la
Comunidad Valenciana, el Instituto de Tecnología Cerámica, R&MK y al
“Institute For The Future”) y principalmente a los realizadores del informe
(espaitec, Parc Científic, Tecnològic i Empresarial de la Universitat Jaume I
de Castelló) su interés y esfuerzo a la hora de contribuir en la elaboración de
este primer Informe de Situación de la Nanotecnología en la Comunidad
Valenciana.
9
10
Resumen Ejecutivo
El Informe de Situación de la Nanotecnología en la Comunidad Valenciana
pretende reflejar el estado del arte en esta tecnología en sus ámbitos
científico, tecnológico y empresarial.
No hay duda que la Nanotecnología es la disciplina con más futuro por su
impacto en multitud de sectores. Muestra de ello es la inversión que se está
realizando a nivel mundial, cerca de 5.000 millones de euros por año y
particularmente en la Comunidad Valenciana donde, según los datos
proporcionados por las entidades involucradas en este informe, ronda los
100 millones de euros en los últimos tres años.
Nos enfrentamos a una nueva revolución industrial en el siglo XXI (Foladori e
Invenizzi, 2005; Fundación de la Innovación Bankinter, 2008) cuyas
expectativas de impacto previstas son considerables dada su
interdisciplinariedad, es decir su campo de aplicación cubre desde la
medicina, construcción, cerámica, metalurgia, textil, TIC, alimentación,
materiales, seguridad entre otros.
La nanotecnología facilitará la transformación de las industrias tradicionales
y se puede convertir en motor de dinamización del tejido empresarial
exigiendo nuevos perfiles profesionales con formación multidisciplinar.
La Comunidad Valenciana ocupa el cuarto lugar a nivel nacional en número
de instituciones dedicadas a la Nanotecnología y el tercero en número de
patentes y, aunque cuenta con instituciones relevantes en nanotecnología
como RENAC y con grupos de investigación de prestigio a nivel
internacional, los resultados obtenidos hasta la fecha exigen una reflexión
sobre las posibilidades reales que, como región tiene en este ámbito. Así
mismo, las necesidades en cuanto a financiación que este tipo de
tecnologías exigen, para un adecuado posicionamiento y reconocimiento
incidiendo en la necesaria traslación a la industria y su correspondiente
impacto económico.
Desde este punto de vista, en la Comunidad es interesante destacar que la
financiación privada en nanotecnología supone sólo un 16% del total, y el
resto proviene de entidades públicas como Conselleria de Industria, IMPIVA,
CDTI o el Ministerio de Industria. Por otra parte, el principal objetivo de la
financiación que solicitan las empresas es para desarrollar proyectos de
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“I+D” en nanotecnología
y en menor medida (20%) para la creación de
empresas de base tecnológica.
Dada la situación actual en la Comunidad Valenciana y el impacto de la crisis
en los sectores tradicionales , se propone establecer un plan de actuación
específico que permita dinamizar el entorno a través de un conjunto de
iniciativas encaminadas a impulsar las actividades en el ámbito de las
nanotecnologías, con las siguientes propuestas:
1. La creación de un Centro de Nanotecnología Aplicada que refuerce el
desarrollo científico, tecnológico e industrial de la Comunidad Valenciana
y promueva y coordine proyectos de I+D+i así como, especialmente, se
ocupe de la transferencia y difusión tecnológica en el campo de la
nanotecnología y nanomateriales, con una participación e implicación
directa de las empresas y agentes.
2. Diseñar un plan de formación (tanto a nivel científico como empresarial)
que apoye la trans-disciplinariedad de un área de conocimiento
transversal como lo es la nanotecnología que requiere que los científicos
y los empresarios estén capacitados en múltiples áreas de conocimiento
científico, tanto de post-grado como de formación continua.
3. Establecer un conjunto de ayudas específicas para la implantación de
soluciones basadas en la aplicación de la nanotecnología a sectores
tradicionales que les permita recuperar su competitividad en el mercado.
4. Establecer un programa específico de impulso a la creación de proyectos
empresariales que centren su actividad en la nanotecnología.
5. Facilitar un plan de “soft-landing” de empresas nacionales e
internacionales alrededor del Centro de Nanotecnología Aplicada que se
conviertan en generadores de nuevas iniciativas empresariales y a su vez
refuercen las ya existentes.
6. Crear un observatorio de seguimiento que monitorice las actividades en
este ámbito y sirva de radar tecnológico, actuando de nodo de conexión
entre la oferta y demanda en nanotecnología.
Para conseguir un impacto económico cuantificado, a medio plazo en la
Comunidad Valenciana, por la aplicación de las nanotecnologías será
necesario implementar las propuestas y medir el grado de rentabilidad del
esfuerzo inversor tanto público como privado.
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1
Introducción
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El prefijo “nano” proviene del latín “nanus” de significado “enano”. En ciencia y
tecnología “nano” quiere decir 10 -9 , es decir, una milmillonésima parte
(0,000000001). Un nanómetro (nm) es, por tanto, la milmillonésima parte de un
metro, lo que equivale a un tamaño decenas de miles de veces más pequeño que el
diámetro de un cabello humano.
En estas escalas nanométricas hay que acudir a la Física Cuántica para poder
entender el nuevo comportamiento que presentan los materiales.
Así la
nanotecnología y la nanociencia se definen como el conjunto de técnicas y ciencias
en las cuales se estudian, manipulan y obtienen de manera controlada, materiales,
substancias y dispositivos de dimensiones nanométricas.
En la comunicación de la Comisión Europea titulada Hacia una estrategia
europea para las nanotecnologías se recoge la siguiente definición: "La
nanotecnología es una ciencia multidisciplinar que se refiere a las actividades
científicas y tecnológicas llevadas a cabo a escala atómica y molecular, así como a
los principios científicos y a las nuevas propiedades cuando se interviene a dicha
escala".
Una de las características que hacen especialmente singular a esta tecnología es
que numerosas propiedades físicas y químicas (elasticidad, color, conductividad
eléctrica, reactividad química,...) de la materia cambian a escala nanométrica, con
un comportamiento diferente a como lo hacen a escala macroscópica.
Fue Richard P. Feynman (Premio Nóbel de Física) en Diciembre de 1959, se cumple
por tanto justo ahora el 50º aniversario, durante su famosa charla “There is plenty of
room at the bottom” quien destacó la potencialidad que se esconde detrás de la
posibilidad de trabajar con materiales, dispositivos, etc... a estas escalas. Sin
16
embargo, no fue hasta 1971 cuando el término Nanotecnología fue utilizado por
primera vez por Norio Taniguchi, refiriéndose a la técnica aplicada en la maquinaria
de ultra-precisión. Aún y así, el verdadero nacimiento de la Nanociencia y la
Nanotecnología se produce con la invención del microscopio de efecto túnel en
1981 por Binnig y Rohrer.
La Nanotecnología es sin duda la ciencia con más futuro. Prueba de ello es el
ingente esfuerzo que se está dedicando, en los últimos años,
con una inversión
mundial total, (pública y privada) estimada en el entorno de los 5.000 M$/año.
Con esta perspectiva, se plantea la cuestión de nos enfrentamos a una nueva
revolución industrial. Tal y como apuntan Foladori e Invenizzi, cuando se analiza un
cambio tecnológico es importante distinguir la naturaleza innovadora de la propia
tecnología y su capacidad de expansión a las diferentes ramas de la economía del
impacto socio-económico que dicho cambio tecnológico pueda ocasionar. En este
caso, todo apunta a una verdadera revolución tecnológica por dos motivos básicos:
el primero, es un proceso bottom-up construido desde lo más pequeño (como
átomos y moléculas) a lo más grande (al revés de como se venía haciendo hasta
ahora) y el segundo es que a esos niveles no existe diferencia alguna entre la materia
biótica y la abiótica por lo que es posible utilizar materiales en cuerpos vivos
modificando su fin y mejorando sus características así como aplicar procedimientos
biológicos a procesos materiales.
Pero lo más importante son las expectativas de impacto previstas, debido dado la
amplitud de aplicaciones en todas las áreas. Es el paradigma de la
interdisciplinariedad. Confluyen múltiples áreas del conocimiento: Física, Química,
Biología, Ingeniería, aplicaciones que van desde la arquitectura a la medicina, de la
cerámica al plástico, de la alimentación al medio ambiente energía, fármacos, ...
con una rápida expansión en todos ellos.
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Tabla 1. Algunas aplicaciones actuales de nanomateriales (Fuente: información seleccionada de Huw Arnall
(2003), con ejemplos de diversas fuentes proporcionadas por Foldari-Invernizzi)
También hay que destacar que esta revolución pronostica fuertes disminuciones de
la ocupación en los procesos directamente productivos y un aumento considerable
del personal altamente cualificado y científico.
El impacto de la nanotecnología aunque es más evidente en unos sectores que en
otros es una revolución de impacto global en prácticamente todos los ámbitos de
nuestra vida.
Algunos ejemplos, sin ser exhaustivos, de campos de aplicación se describen a
continuación:
medicina (sistemas de diagnóstico, implantes, detección precoz de
enfermedades, ingeniería de tejidos...)
construcción (hormigones reforzados, cementos de nuevas propiedades,
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asfaltos más duraderos, nuevos tratamientos para la corrosión, hormigones
conductores de la electricidad, aislantes térmicos y acústicos...)
industria del vidrio y la cerámica (nuevos cristales resistentes a altísimas
temperaturas, cerámicas y vidrios que no se manchan, cerámica con
superficies activas (captura de NOx), vidriados autolimpiables, resistentes al
rayado, cristales fotosensibles...)
metalurgia (aceros de resistencia y flexibilidad mejorada, metales no
conductores de la electricidad, superficies resistentes a la corrosión y el
rayado...)
textil (tejidos antimanchas, antiarrugas, aislantes, protectores del agua y el
frío, nuevos tintes, tejidos aislantes de agentes químicos...)
tecnologías de la información (almacenamiento de información, nuevas
tecnologías de visualización, nuevos biochips y chips cuánticos...)
producción y el almacenamiento de energía (pilas de combustible,
nuevas células solares de alta eficiencia, ahorro energético por mejora en
aislamientos, iluminación...)
ciencia de los materiales (reforzamiento de materiales, cosméticos,
superficies resistentes al rayado, hidrófogas, limpias o estériles, desarrollo de
biosensores, nuevos pegamentos...)
alimentación y el medio ambiente (menor gasto de materias primas,
medios para la detección de plagas, métodos de recuperación, ahorro
energético...)
seguridad (métodos de detección de agentes químicos, nano-etiquetado de
billetes...)
Según la Fundación de la Innovación Bankinter, en su informe “La Nanotecnología
como Revolución Industrial del siglo XXI”, existen tres corrientes de
investigación (nanotecnología por tamaño, por operación y por método de
fabricación) asociadas a las cuatro grandes áreas de aplicación (materiales,
electrónica, medicina y energía) y su tendencia se muestra en la siguiente figura.
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Figura 1. Tendencia de nanotecnología en cada área de aplicación
(Fuente Fundación de la Innovación Bankinter)
Desde el punto de vista de su impacto en los negocios, Lux Research, empresa que
centra su actividad en el estudio de la nanotecnología y su impacto en el mercado,
ha estimado que la venta de artículos que incorporan nanopartículas superará la
cantidad de 500 mil millones de dólares en el año 2010 (Baker & Aston, 2005)
cifras similares a las obtenidas en el informe “Towards a European Strategy for
Nanotechnology”, Comunicación de la Comisión (COM 2004) Comunidad Europea).
Otra fuente de información (fuente RGPymes.net) a tener en cuenta es
MarketResearch.com, que se autodefine como “la más amplia y actualizada
colección de investigaciones de mercado del mundo”, las dimensiones de los
mercados mundiales de las nanotecnologías más importantes son:
•
20
El tamaño del mercado de la nanoelectrónica era de 1.827 millones de
dólares en 2005; se prevé que alcanzará los 4.219 millones en el 2010.
•
Los nanoalimentos crecerán a un índice de un 30,94% entre el 2006 y el
2010, alcanzando un volumen de 20,4 miles de millones de dólares.
•
El mercado de los textiles que utilizan la nanotecnología superará los 13,6
miles de millones en 2007 y se espera que en el 2010 alcance los 115 mil
millones de dólares.
•
El mercado de las nanoherramientas se proyecta que se incrementará en un
30% anual hasta el 2008, año en que llegará a los 900 millones de dólares,
para triplicarse de nuevo, hasta alcanzar los 2,7 mil millones en el 2013.
Por otra parte, la National Science Foundation, de los EE.UU., estima que para el
período comprendido entre 2010-2015 el mercado total de las nanotecnologías
superará el millón de millones de dólares (Billón europeo), y que, por sectores de
actividad, se distribuirán de la siguiente manera:
Figura 2. Distribución del mercado en nanotecnologías en el período 2010 -2015
(Fuente National Science Fundation)
Iniciativas tan importantes como Nanomat, a nivel Europeo, Nanoker o el Programa
Consolider a nivel Nacional con una destacada participación de la Comunidad
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Valenciana o la autónoma de la red RENAC, son una prueba inequívoca del enorme
interés por el tema y de la implicación de los diferentes agentes del sistema de
innovación.
La Comunidad Valenciana tiene una posición importante en esta disciplina
suponiendo un porcentaje notable de la ciencia que se genera en España, de la
realidad tecnológica y de su traducción en las empresas pioneras en utilizar la
nanotecnología para mejorar sus productos o como core Business de su actividad.
Aunque en la mayoría de los casos todavía se encuentra a escala de laboratorio,
debe traducirse progresivamente en tecnología aplicable, transferible y generadora
de innovaciones en todos los campos y con impacto económico sustancial, al que
no se puede permanecer ajenos.
Es sin duda, debido a su carácter transversal, la gran revolución tecnológica de
nuestro tiempo, del siglo XXI.
Objeto y alcance del estudio
Revisión de la posición de las empresas, centros tecnológicos y grupos de
investigación valencianos en uno de los retos mayores de la ciencia contemporánea.
El presente informe pretende poner de manifiesto la posición actual, el potencial y
nuestro papel en el marco internacional; la necesidad de apoyar y potenciar, en
todas las fases, de la cadena de valor las soluciones para que lleguen al mercado en
forma de nuevos productos. Resaltar las empresas pioneras en su utilización y
aquellas que están basadas en su aplicación.
Metodología
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Para la elaboración del presente informe se ha contado con la colaboración de la
Red de Parques Científicos de la Comunidad Valenciana (rePCV) en la que se
integran los cinco parques promovidos por las Universidades públicas valencianas,
del Instituto de Tecnología Cerámica, en el apartado de la tecnología, tanto en el
estado del arte de las patentes y proyectos recientes presentadas en el ámbito
como de las aportaciones de los distintos Centros Tecnológicos de la Red REDIT, la
contribución de R&MK en la elaboración de fichas de las empresas, su recopilación
y armoniación. El Institute For The Future ha aportado su visión global y los
aspectos relacionados con las tendencias futuras en la materia.
Se han consultado numerosas fuentes de información de las distintas iniciativas
recientes en nanotecnología, realizando entrevistas a personas influyentes en la
nanotecnología y expertos en la materia, tanto nacionales como internacionales.
Por otro lado se ha tratado de recoger a los actores más relevantes en
nanotecnología pertenecientes a los grupos de investigación y desarrollo e institutos
universitarios, con especial incidencia a los que mayor actividad desarrollan en el
área, contacto con los responsables de los mismos.
En el estudio se ha tratado de reconocer a los principales agentes que pueden
impulsar la industria de la nanotecnología en al Comunidad Valenciana. No ha sido
objeto de este estudio, el análisis riguroso de los riesgos y amenazas, que sin duda
tiene, no hay progreso sin riesgo, ni en los aspectos regulatorios esencialmente de
la Comisión Europea. Estudio de: Actitudes y percepciones públicas frente a riesgos
tecnológicos,Medios de comunicación…desplegados bajo el paraguas del
Programa de Nanoseguridad.
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24
2
La nanotecnología
a nivel mundial
25
A nivel internacional, EEUU, Corea, Alemania, Japón y China son los países que más
han desarrollado iniciativas agresivas en términos de financiación, educación y organización de la investigación en nanotecnología. Ejemplos como la National Science Foundation en EEUU que ha lanzado el plan NNI (National Nanotechnology Initiative) por el cual se destinan casi 1000 millones de dólares para fomentar, en los
próximos cuatro años, la investigación multidisciplinar con objetivos a largo plazo en
el área de la Nanociencia y Nanoingenieria, o en países como Corea la iniciativa fundamentalmente tiene base industrial (por ejemplo la empresa Samsung dedica más
de 500 personas a desarrollos basados en Nanotecnología en un centro de investigación creado recientemente).
Por otra parte, en Europa, de forma más modesta, a través de las diferentes ediciones de los Programa Marco se han dispuesto estrategias para potenciar la nanotecnología como uno de los elementos impulsores de la economía. Podemos encontrar
ejemplos en Alemania donde el Ministerio de Investigación y Tecnología (MBFT) estableció ya en 1998 seis centros nacionales de competencia en Nanotecnología, y
con actuaciones similares en Francia o Reino Unido.
La Unión Europea ha lanzado la iniciativa NID (Nanotechnology Information Devices),
dentro del plan IST (Information Society Technologies) y con más orientación hacia el
desarrollo de la Nanoelectrónica.
El volumen de mercado de la nanotecnología a nivel mundial alcanzó los $147 billones en el 2007 y se espera que crezca hasta el trillón1 de dólares (americano) e incluso alcanzar los 3 trillones de dólares en el 2015 2.
1
Fuente: National Science Foundation estimates see Red Herring (2001): “The Biotech Boom: the view from here”.
2
Fuente: Lux Research Inc.(2009):“Nanomaterials of the Market Q1 2009: Cleantech’s Dollar Investments, Penny Returns”.
26
Los EEUU constituyeron el mayor mercado para la nanotecnología (40%) en 2007,
seguido de Europa (31%). Ambas regiones esperan alcanzar el 35% del mercado
mundial para el 2015.
En términos de ventas globales producción y materiales alcanza el 55%, electrónica
y TI el 23%. Alrededor de 2 millones de trabajadores cualificados en nanotecnología
se necesitarán a nivel internacional en el 2015, de los cuales el 50% se espera que
se creen en los EEUU y sólo un 25% en Europa.
Aplicaciones Potenciales
Las dimensiones económicas de los mercados futuros de las diferentes nanotecnologías están más que justificadas si consideramos la gran variedad de sectores de
aplicación que tienen las mismas. Principalmente se está investigando en:
•
Diseño nuevos materiales (nanomateriales)
•
Aplicación de la Nanotecnología a la electrónica (nanoelectrónica)
•
Medicina (nanobiotecnologia) (nanomedicina) (nanorobótica)
•
Energía, para el desarrollo de fuentes menos contaminantes y con una mayor eficiencia energética.
27
Figura 3. Principales lineas de investigación, productos y sectores de actividad
(Fuente Phamtons Foundation)
En el pasado EuroNanoForum 2009, celebrado en Praga el 2-5 Junio, se analizó la
contribución al desarrollo sostenible de la sociedad y la industria europea y se llegaron a las siguientes conclusiones:
Producción industrial eco-energia eficiente.
Está incrementando el interés en nanomateriales y nanopartículas metálicas
como catalizadores para reducción del coste energético, mejora de la selección
y minimizar los flujos de desechos. Se mostraron diversos ejemplos entre los que
destacaron el uso de las nanopartículas superparamagnéticas como catalizadores heterogéneos. Otros conceptos interesantes para mejorar la eficiencia energética son los microrreactores y los líquidos iónicos. En la generación de los
nuevos automóviles (de la misma forma ocurrirá con barcos y aviones) la nanotecnología impactará en los costes de producción y de operaciones , reduciendo
a su vez el impacto en el entorno.
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Energía y entorno
La rápida expansión de los campos de nanociencia y nanotecnología contribuirá
a una sociedad eficiente energéticamente en la que la provisión de energía sostenible y renovable será a bajo coste. Uno de los resultados de investigación
más notables bajo ese criterio son las células de dióxido de titanio “dye-sensitised nanocrystalline” o “Dye Solar Cells” (DSC). Se apunta así mismo como conclusión que es necesaria una investigación más a fondo en lo efectos que pueden provocar las nanopartículas en la atmósfera.
Nanotecnología en la salud sostenible
A pesar que el esfuerzo y las inversiones aumentan en nanomedicina, existen
preocupaciones a nivel industrial sobre la madurez de esas tecnologías. Sin embargo, la nanotecnología está ayudando a alcanzar grandes avances en área tales como la medicina regenerativa, elaboración de drogas de efecto terapéutico
y diagnóstico.
Prospecciones en nanotecnología industrial
A pesar de los avances en la caracterización y las herramientas analíticas, todavía existen algunas áreas a cubrir. Las mejoras incrementales en electrónica basada en sílice y las mejoras en los diseños de los dispositivos son evidentes.
Aproximaciones “bottom-up”, por ejemplo en electrónica molecular, están todavía en un estado muy inicial. Se recomienda impulsar las colaboraciones públicoprivadas y mejorar la educación en Europa.
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Gobernabilidad de la Nanotecnología
Para responder a las preocupaciones de interdependencia expresadas por la industria, organismos europeos y políticas europeas (como por ejemplo Investigación y Desarrollo, Salud, Media Ambiente, Protección del Consumidor,...) se
identifica la necesidad de desarrollar cooperaciones más efectivas a nivel europeo en aspectos de la nanotecnología a nivel transversal u horizontal tales como
la estandarización, educación, aspectos éticos-sociales y legales (ESLA) y comunicación.
Apoyos institucionales al desarrollo de la nanotecnología
El progreso en las investigaciones sobre los diferentes aspectos de la nanotecnología va a depender fuertemente de la implicación de los países que la identifiquen
como oportunidad de fortalecer su economía y por lo tanto, estén dispuestos a impulsarla.
Europa presenta una dicotomía en el desarrollo de actividades enmarcadas en el
mundo de la nanotecnología. Por una parte, fue consciente muy pronto del potencial de la nanotecnología por lo que ha conseguido desarrollar una amplia base de
conocimientos en nanociencias y consecuentemente cuenta con algunos de los expertos más destacados en este campo.
Por otra, a pesar de que durante el periodo de 1997-1999, a la UE le correspondía
el 32 % de las publicaciones mundiales, en comparación con el 24 % de los EE.UU.
y el 12 % de Japón, en términos de patentes a la UE le corresponde el 36 % del total mundial, en comparación con el 42 % de los EE.UU., lo cual viene a manifestar la
dificultad que existe a la hora de transformar los resultados de la I+D en aplicaciones
susceptibles de alcanzar el mercado.
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En cualquier caso el nivel de financiación pública de la I+D sobre nanotecnología en
Europa ha pasado de alrededor de 200 millones de euros en el año 1997 al presente
nivel de alrededor de 1.500 millones de euros, de los que aproximadamente dos tercios corresponden a programas nacionales y regionales.
Es importante evaluar el valor del gasto público absoluto en nanotecnología por ser
uno de los factores que marca una distancia entre la UE y sus competidores.
Durante 2008, la inversión a través de fuentes públicas en Europa en investigación
de nanotecnología fue de $2.6 billones de dólares (aproximadamente un 30% del
total mundial) comparado con los $1.6 billones que se invirtieron en EEUU casi $2.8
billones en Asia 3.
En UK, Francia y Alemania disponen de programas muy consolidados de inversión
pública en nanotecnología lo que ha facilitado el impulso de esa tecnología en esos
países.
Adicionalmente el 7º Programa Marco proporciona cerca de 500 millones de euros
anualmente para inversiones en Nanociencia, Nanotecnología, Materiales y nuevas
Tecnologías de la Producción (con el acrónimo NMP).
En Europa alrededor de 240 centros de investigación y 800 empresas se dedican a
la investigación y desarrollo (I+D) de la nanotecnología 4.
3
Lux Research Inc.(2009): “Nanomaterials of the Market Q1 2009: Cleantech’s Dollar Investments, Penny Returns”
4
Conseil Economique et Social France (2008) "Les nanotechnologies" and AFSSET (2008):"Les nanomatériaux: sécurité au travail"
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Según el análisis que ha realizado Leydesdorff y Rafols existen un peso específico a
considerar en publicaciones de Nanotecnología (2008) en el dominio de la investigación interdisciplinaria de materiales avanzados:
Figura 4. Número de Publicaciones de Nanotecnología (2008) por Macro- Disciplina y Sub Disciplinas.
(Fuente NMP Expert Advisory Group (EAG))
donde el diámetro de los círculos mide el número de publicaciones y la distancia entre disciplinas es inversamente proporcional al grado de interdisciplinariedad.
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Figura 5. Nanodistritos emergentes (evidenciado por el nº de Publicaciones Científicas)
Estos datos son comparables con los planes del US National Nanotechnology Initiative (NNI) de mantener la inversión en este área:
•
2008: $1,549 millones (efectiva)
•
2009: $1,654 millones (estimados)
•
2010: $1,636 millones solicitados
En cuanto a la inversión privada en I+D cabe decir que en Europa no alcanza los
$1.7 billones comparados con los $2.7 billones invertidos en EEUU o los $2.8 billones en Asia consistente con lo que se muestra en la siguiente figura:
Figura 6. Fuentes de financiación en I+D (gubernamentales y empresariales) en nanotecnología a nivel internacional
33
En este aspecto Europa tiene que revisar sus políticas de colaboración para mejorar
las cifras a partir del actual 7º Programa Marco de forma que convierta la excelencia
en investigación en elementos, servicios y capacidad laboral de alto valor añadido,
así como posiciones competitivas en los sectores industriales en crecimiento.
En Gran Bretaña, el gobierno subvencionó más de 100 millones de libras esterlinas
por año la investigación en nanotecnología y ha abierto 23 nuevos centros de comercialización para la nueva tecnología que producen más de 1300 empresas. Recientemente por iniciativa de la Gran Bretaña ha puesto en marcha un comité técnico ISO en Nanotecnología.
En el caso de Japón, se incluyó la nanotecnología entre sus prioridades de investigación en el año 2001. Los niveles de financiación anunciados se han incrementado
considerablemente y han superado el gasto federal de los EE.UU., al pasar de 400
millones de dólares en el año 2001 a alrededor de 800 millones en el año 2003 con
un aumento lineal del 20% del gasto.
Corea del Sur se ha embarcado en un ambicioso programa decenal dotado con
aproximadamente 2.000 millones de dólares de financiación pública mientras que
Taiwán ha comprometido aproximadamente 600 millones de dólares de fondos públicos para un programa de seis años.
China dedica cada vez más recursos a la nanotecnología, lo que es particularmente
significativo si se tiene en cuenta su poder adquisitivo. El porcentaje de las publicaciones a nivel mundial correspondiente a China aumenta rápidamente, con un índice
de crecimiento del 200% a finales de los años noventa, y se está equiparando con
los de la UE y EE.UU.
El mercado de nanotecnología chino superó los $1,827 mi-
llones en el 2005 y está proyectado que supere los $4,000 millones en el 2010. En
34
Nanoalimentación, las inversiones que se esperan son de $20.4 billones en el 2010
con un ritmo de aceleración del 30,94% anualmente.
Muchos otros países y regiones prestan cada vez mayor atención a la nanotecnología, entre los que podemos señalar: Australia, Canadá, India, Israel, Latinoamérica,
Malasia, Nueva Zelanda, Filipinas, Singapur, Sudáfrica y Tailandia.
Figura 7. Comparativa de gasto público y privado en nanotecnología a nivel global 1997-2010.
( Fuente: Científica Ltd.)
35
36
3
La nanotecnología
en España
37
A partir del Quinto Programa Marco de la Unión Europea, y con más contundencia
en el actual Séptimo Programa Marco, la Comisión Europea ha sido el principal
promotor e instrumento inversor en actividades relacionadas con el mundo de la
nanotecnología con la intención de implicar al máximo a las empresas, al
considerarlo uno de los principales motores del desarrollo del entorno comunitario.
A pesar de ello, todavía hace falta mucho más esfuerzo por parte de la iniciativa
privada, y esencialmente por las pymes y micropymes más innovadoras. Existen
numerosas áreas exclusivas de investigación sólo al alcance de grupos o
consorcios, y en algún caso, grandes empresas. Obviamente, no significa que las
PYMES no puedan y deban aportar, o que no estén interesadas, en esta nueva
revolución tecnológica, sino más bien indica la barrera que supone la falta de medios
y recursos para abordarla con garantías, siendo por tanto su participación más
modesta.
Lorenzo Vallés, Jefe de la Unidad de Producción en la Comisión Europea destacó en
un gráfico algunas de las principales áreas nanotecnológicas que han sido
abordadas por la comunidad investigadora y empresarial y donde se observa en
cuáles se ha desarrollado una mayor colaboración y en cuáles el trabajo ha sido más
individual.
38
Figura 8. Posición en Proyectos aplicados y básicos y entre la Universidad y la Industria.
STREPs: Specific targeted research projects. CAS: Coordiations Actions
La situación de la nanotecnología en España es fiel reflejo de la evidencia en otros
ámbitos. Por un lado existen numerosos grupos de investigación , atomizados y
descoordinados, cuyo personal está formado en diversas técnicas y metodologías
directamente relacionadas con la nanociencia.
Suele tratarse de grupos relativamente jóvenes con investigadores que han “crecido
científicamente” en paralelo con la evolución reciente de la nanociencia.
Por otro lado, no había existido hasta ahora, con el nuevo Plan Nacional de I+D+i
2008-2011, un programa que pudiera aglutinar los esfuerzos de estos equipos
altamente cualificados.
39
Contamos además con grupos de elevado nivel, con prestigio internacional, con
publicaciones científicas de elevada calidad e incluso, en algunos casos, capaces de
generar interés de empresas multinacionales, pero estos grupos normalmente no
suelen trasladar sus resultados al mundo de la innovación y la generación con
transferencia de tecnología que repercuta en las empresas de su entorno más
próximo.
La fortaleza científica no presenta una correlación con el impacto esperado en la
economía real y, sobre todo, en la generación de mayor valor añadido y
competitividad global. Ciertamente, no tenemos resuelto adecuadamente esta fase
del proceso. Es sin duda alguna el aspecto más crítico y en el que deberían
centrarse las actuaciones futuras.
En el nuevo Plan I+D+i 2008-2011 se recoge una acción estratégica dedicada
exclusivamente a: Nanociencia y Nanotecnología, Nuevos Materiales y Nuevos
Procesos Industriales. El objetivo general de la acción es mejorar la competitividad
de la industria española mediante la generación de cambios sustanciales en un
amplio rango de sectores a través de la implementación de conocimiento y el
desarrollo de nuevas aplicaciones gracias a la convergencia de diferentes
tecnologías y disciplinas, entre las que destaca la nanociencia, la nanotecnológía, la
ciencia y tecnología de materiales y las tecnologías de proceso (automática
industrial, electrónica, mecánica, TIC, etc,...).
Su ámbito se desarrolla alrededor de siete líneas instrumentales específicas:
1. Nanotecnologías aplicadas a materiales en el ámbito de la salud.
2. Nanotecnologías para la información y telecomunicaciones.
3. Nanotecnologías en relación con la industria y el medioambiente
40
4. Materiales inteligentes con propiedades a medida y materiales y
recubrimientos de altas prestaciones.
5. Avances en tecnología y procesado de materiales.
6. Desarrollo y validación de nuevos modelos y estrategias industriales. Nuevas
tecnologías para el diseño y los procesos de fabricación. Producción en red.
7. Explotación de tecnologías convergentes
Desde una perspectiva industrial, existe un completo desconocimiento de las
implicaciones que a medio plazo van a tener los desarrollos tecnológicos.
Escasamente una docena de empresas españolas están al tanto de las
implicaciones de la Nanotecnología a corto o medio plazo. Sin embargo, parece
evidente que el tránsito del saber básico a la aplicación industrial es a medio plazo y
que hay que ir sentando las bases de ese tránsito desde ahora.
El grado de sofisticación y especialización, exigirá personal altamente cualificado,
con formación específica, que conozca técnicas aplicadas por la nanociencia de la
misma manera que en los procesos industriales de hoy en día son necesarios y
términos comunes conceptos de automatización, robótica, microtecnología, etc,..
Entre los ejemplos de iniciativas a favor de la Nanotecnología citaremos:
•
Red Nanociencia que reúne a jóvenes investigadores y tiene un enfoque de
ciencia básica.
•
NanoSpain , que pretende aglutinar el esfuerzo de empresas y Organismos
Públicos de Investigación para que se formalice un Programa Nacional de
Nanotecnología
Como ejemplos adicionales de las iniciativas que han surgido en España
relacionadas con este campo destaca la celebración de la serie de conferencias
internacionales “Trends in Nanotechnology” durante los años 2000, 2001 y 2002.
41
Figura 9. Distribución geográfica de Instituciones que se dedican a la Nanotecnología por Comunidades Autónomas
(Fuente: Fundación Madri+d)
Con el fin de conocer la tendencia y la situación actual de la nanotecnología en
España desde su vertiente científica se ha llevado a cabo, en primer lugar un estudio
del número de patentes nacionales atendiendo a la fecha de publicación de la
solicitud.
Se han identificado un total de 255 patentes españolas relacionadas con el tema,
cuya solicitud ha sido publicada en el periodo 1990-2009. Aunque, como es
conocido, existe un desfase temporal originado por el tiempo que transcurre entre la
42
presentación de la solicitud de una patente y la publicación de la misma.
Figura 10. Evolución del nº Patentes por fecha de publicación de la solicitud. (Elaboración propia)
Los datos que se muestran en el gráfico revelan la baja actividad en esta materia
hasta el año 2001, donde se aprecia como comienzan a plasmarse los resultados de
la investigación iniciados a finales de los años 90, destacando que casi el 90% de
las patentes, corresponde a la última década (2000-2009).
Puede decirse pues que la Nanotecnología es un campo emergente en España ya
que en los últimos tres años (2007-2009) se han publicado más del 50% del total de
patentes analizadas.
Para conocer la distribución geográfica de las patentes nacionales por comunidades
autónomas se ha realizado el correspondiente estudio, poniendo de manifiesto una
distribución heterogénea, en la que destacan las Comunidades de Madrid y
43
Cataluña, que superan las 50, seguido de la Comunidad Valenciana que con sus 37
patentes ocupa un meritorio tercer lugar, máxime cuando la gran mayoría de las
comunidades no superan las 10 patentes.
2
3
7
15
7
0
57
2
11
82
2
20
>5035-492
0-345-19<
5
37
1
3
2
1
Figura 11. Distribución por Comunidades Autónomas del nº de patentes nacionales en nanotecnología
44
45
46
4
Tejido empresarial en
nanotecnología de la
Comunidad Valenciana
47
Situación global de la CV
Uno de los indicadores de la penetración en una región de un área de conocimiento
es el número de patentes registradas y publicadas tanto por entidades privadas
como públicas. El presente capítulo se ha desarrollado a partir del análisis de la
información recopilada de diferentes fuentes, destacando por su fiabilidad,
descripción y calidad la procedente de la base de datos de OEPM (Oficina Española
de Patentes y Marcas), siendo posteriormente cumplimentado con información de
fuentes complementarias.
En el período analizado 2000-2009, se han identificado 28 patentes, distribuidas por
provincias , según gráfica adjunta, correspondiendo un elevado porcentaje de ellas a
la provincia de Valencia.
Figura 12. Porcentaje de patentes por provincias en la Comunidad Valenciana.
(Fuente: Observatorio Tecnológico Cerámico de ITC)
48
Para poder apreciar la evolución temporal de las mismas, por provincias se ha
realizado la siguiente representación:
Figura 13. Número de solicitudes de patentes publicadas por año en la CV
Exceptuando una patente aislada de Valencia (2001), el grueso de publicación de
solicitudes se concentra en los últimos cinco años. En concreto, en el periodo
2007-2009, en el que se han publicado casi el 60% del total de las patentes de la
Comunidad Valenciana.
Se ha analizado el tipo de solicitante, clasificándolas según las siguientes categorías:
Categoría
Descripción
Ejemplo
Personas física
Grupo de patentes a nombre de una persona física
Hernández Tuleda, Bernardo
Patentes cuyo solicitante sea únicamente una
Universidad
universidad de la comunidad autónoma o varias
UPV
Centros Tecnológicos
Incluyen patentes de institutos tecnológicos
itc - AICE
Empresa
patentes únicamente a nombre de empresas
Invest Plasma S.L
Patentes solicitadas por dos categorías
En Colaboración
diferentes de las anteriormente citadas
UPV - CSIC
Tabla 2. Categorías de las patentes en nanotecnología según el tipo de solicitante de la misma.
49
Figura 14: nº patentes de la Comunidad Valenciana por tipo de Solicitante
Figura 15: % de patentes de la Comunidad Valenciana por tipo de solicitante
De estas gráficas se puede extraer como conclusión que el mayor porcentaje de
patentes proviene de universidades y centros de investigación (59%), fruto de los
resultados de su investigación singular o en colaboración. Las empresas patentan la
tercera parte del total (34%), quedando tan solo un 7% en manos de personas
físicas.
Atendiendo a los Códigos Internacionales de Clasificación de Patentes (IPC) se
50
clasifican las mismas según el primer nivel (determinado por una letra A-H) que
corresponde las siguientes áreas:
SECCIÓN A — Necesidades Corrientes de la vida
SECCIÓN B — Técnicas industriales diversas; Transporte
SECCIÓN C — Química; Metalurgia
SECCIÓN D — Textiles ; Papel
SECCIÓN E — Construcciones fijas
SECCIÓN F — Mecánica; Iluminación; Calefacción; Armamento; voladura
SECCIÓN G — Física
SECCIÓN H — Electricidad
Debido al reducido tamaño de la muestra analizada no se pueden extraer
conclusiones. Sin embargo, y atendiendo a la citada clasificación, pueden sacarse
algunas conclusiones generales del gráfico generado
Figura 16: Distribución porcentual respecto a categorías IPC
51
Como puede verse, la mayoría de patentes se clasifican dentro del grupo C,
atendiendo principalmente a que se patenta en dicho grupo materiales más
genérales, donde el principal fin es la descripción del proceso de obtención general,
muy habitual de campos de investigación más emergentes, patentándose
posteriormente en el resto de grupos cuando la tecnología está más madura,
atendiendo ya a aplicaciones más concretas de los mismos.
Una cuarta parte de las patentes se clasifican dentro del grupo B de técnicas
industriales diversas, en buena lógica por la innovación necesaria en técnicas
industriales a la hora de obtener materiales que se basa su obtención en la
innovación en tecnología.
Dentro de las patentes clasificadas en la sección A (necesidades corrientes de la
vida) destaca en un análisis más profundo las patentes relacionadas con la Medicina
y la Veterinaria. No aparece ninguna patente clasificada en las secciones D (textil y
papel) E (construcciones fijas) y F (mecánica, armamento,…).
Situación de la Nanotecnología en la provincia de Castellón.
A pesar de ser tan solo 6 las patentes analizadas en este estudio son suficientes
para evidenciar la importancia o el peso del sector cerámico en la Comunidad
Valenciana, y más concretamente en la provincia de Castellón, ya que cuatro de ellas
están relacionadas íntimamente con la cerámica. Entre los resultados es posible
encontrar: dos patentes de tintas para decoración inkjet de sustratos cerámicos, un
sistema de decoración por impresión de soportes cerámicos o vidrio y otra sobre
pigmentos, aunque existe constancia de muchas otras empresas tienen lineas de
investigación y desarrollo abiertas en este sentido que se mantienen en estado
confidencial.
52
Además, en la provincia de Castellón las empresas presentan mayor interés en
cuestiones de patentes frente a universidades y centros tecnológicos. Aunque éste
es un resultado común a toda la Comunidad, es en la provincia de Castellón donde
es más acusado.
Figura 17: Nº patentes de la Provincia de Castellón por tipo de Solicitante
Figura 18: % de patentes de Castellón por tipo de solicitante
53
Figura 19. Solicitantes de las patentes de Nanotecnología en la provincia de Castellón
Situación de la Nanotecnología en la provincia de Valencia
Valencia es la provincia que presenta un número de patentes más elevado por lo que
su distribución pondera enormemente en los resultados generales de la Comunidad.
Los resultados pueden llevar a pensar que de nuevo se patenta más desde la
empresa que desde los centros de investigación, pero hay que tener en cuenta que
las patentes en colaboración pertenecen también a consorcios entre institutos y
universidades, fruto de las actividades de investigación en colaboración existentes.
54
Figura 20: Nº patentes de la Provincia de Valencia por tipo de Solicitante
Un dato importante a tener en cuenta es la intensa actividad tecnológica y científica,
y el correspondiente impacto en publicación de patentes, de la Universidad
Politécnica de Valencia que figura como solicitante de un total de 7 invenciones, la
mayoría de ellas en colaboración con el Consejo Superior de Investigaciones
Científicas (CSIC).
Figura 21: Solicitantes de las patentes de Nanotecnología en la provincia de Valencia.
55
Situación de la Nanotecnología en la provincia de Alicante
En el caso de Alicante, de los resultados obtenidos, tan solo una patente
corresponde al campo de la nanotecnología propiamente dicho.
Debido a la presencia de esta única patente, carece de sentido la realización de los
gráficos correspondientes. Simplemente destacar que dicha patente corresponde a
una empresa (Cerámicas La Escandella S.A.). No existen(o al menos no se han
detectado), por tanto, patentes sobre nanotecnología de la Universidad, ni los
Centros Tecnológicos de esta provincia.
Sin embargo, este hecho no implica la ausencia de actividad, proyectos y
publicaciones científicas en este campo, pues existen numerosas referencias al
respecto, aunque de los resultados de dicha investigación no se ha optado por
patentar hasta el momento.
Como muestra de dicha actividad se dispone de información sobre la Universidad
de Alicante donde se imparte un Master Oficial sobre Nanociencia y Nanotecnología,
e incluso cuenta con un grupo de investigación de Nanotecnología Molecular
(NANOLAB) dirigido por el Dr. Javier García Martínez cuya línea de investigación
principal se centra en el almacenamiento eficiente de energía.
56
Enfoque desde la Ciencia
En esta sección, elaborada con la colaboración de la Red de Parques Científicos Valencianos, se incluyen los grupos de investigación más relevantes de la Comunidad
Valenciana que trabajan en el área de la Nanotecnología.
Grupo de Dispositivos Fotovoltaicos y Optoelectrónicos - Universitat
Jaume I de Castelló
Responsable: Dr. Juan Bisquert
Miembros: 15 investigadores.
Página web: http://www.elp.uji.es
Colaboraciones con empresas: Dyesol
Sectores: Células Solares de Pigmentos sensibles nanoestructurados.
Spin-off generada: Xop Fisica S.L.
Proyectos Más Relevantes:
1.- Dispositivos Optoelectrónicos y Fotovoltaicos híbridos para generación
de energía Renovable.
Investigador Principal: Dr. Juan Bisquert
Descripción:
El proyecto Consolider HOPE (Dispositivos Optoelectrónicos y Fotovoltaicos híbridos
para energía Renovable), financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia con 4
57
millones de euros para el periodo 2007-2012, pretende dar un fuerte impulso a la investigación en dispositivos para producción de energía renovable y ahorro en el consumo de energía.
En el proyecto colaboraron la Universitat Jaume I de Castelló, Institut Català d’Investigació Química (Tarragona) Ikerlan (Mondragón), Universidad de Castilla la Mancha (Toledo) , Universidad Miguel Hernández de Elche, Universitat d’Alacant, Universitat Politècnica de Cataluña (Barcelona), Institut de Ciències Fotòniques (Barcelona), Universidad Politécnica de Cartagena, Universidad Pablo Olavide de Sevilla, Universitat Rovira i Virgili de Tarragona y el Centro de Tecnologías Electroquímicas (San Sebastián).
Resultados:
Los óxidos de metales nanoestructurados, y conductores orgánicos con propiedades
luminiscentes, permiten realizar una gama de dispositivos fotovoltaicos y electroópticos que contribuirá significativamente a la producción de energía libre de carbono, así
como a su utilización eficiente en la iluminación general. En este proyecto nacional,
donde se unen químicos, físico-químicos y físicos con experiencia en síntesis orgánica
e inorgánica, síntesis y procesamiento de semiconductores, es fundamental la caracterización de materiales y la fabricación y caracterización de dispositivos con el fin de
conseguir una serie de modernos dispositivos electroópticos como células solares
moleculares y diodos orgánicos emisores de luz (OLED).
Los principales elementos científicos del proyecto son: la preparación de sustratos, la
formación de óxido de metal nanoestructuras de semiconductores, la síntesis de los
elementos moleculares de la funcionalización de polímeros y materiales, el análisis de
la morfología, el control de los conductores orgánicos y las interfaces.
Como un objetivo técnico importante, la integración de estos elementos en dispositivos completos a escala de laboratorio se llevarán a cabo, incluidos los de tinte sensibilizado células solares (células Grätzel), células solares plásticas, híbridos orgánicos-inorgánicos LED, la luz que emiten las células electroquímicas (LEC ) y los OLED integrada con otros dispositivos.
58
2.- Dispositivos Optoelectrónicos y Fotovoltaicos híbridos para generación
de energía Renovable.
Investigador Principal: Dr. Juan Bisquert
Entidades participantes:UJI, La Universidad de Electrocomunicaciones de Japón.
Descripción:
El proyecto se realiza dentro de una convocatoria del Programa Nacional de Internacionalización de la I+D en el Plan E dirigida a impulsar la cooperación entre España y
Japón. El proyecto prestará especial atención al conocimiento científico en nuevos
materiales y nanocompuestos que pueden contribuir a la conversión fotovoltaica.
Particularmente se exploraran nuevas células solares basadas en componentes minúsculos de materiales, denominados “puntos cuánticos”. Los puntos cuánticos son
unidades de semiconductores de tamaño tan pequeño que intervienen acusadamente
las propiedades ondulatorias de la materia, y por eso se pueden modificar fácilmente
las propiedades ópticas y electrónicas simplemente regulando el tamaño de las partículas.
Actualmente la luminiscencia de los puntos cuánticos se aplica para realizar marcadores de células en biotecnología.
59
3.- ORION- Ordered inorganic organic Hibrids using ionic liquids for emerging applications (Híbridos inorgánicos-orgánicos híbrido que utilizan líquidos iónicos para aplicaciones emergentes)
Investigador Principal: Dr. Germà Garcia Belmonte
Entidades participantes: CIDETEC, UJI, SOLARONIX, Munster, UMH
Descripción:
El campo de los materiales híbridos inorgánicos-orgánicos ha florecido en la interfaz
de muchas disciplinas convencionales, y se produce una asombrosa variedad de materiales que van desde la estructura molecular y supramolecular, óxidos inorgánicos
mesoporosos, híbridos sol-gel y marcos metal-orgánicos.
Las propiedades de estos materiales no sólo dependen de la naturaleza química de
los materiales inorgánicos y orgánicos, sino también de su morfología y la disposición
espacial de las distintas entidades con respecto a los otros. Además de los diferentes
tipos de compuestos de partida como organosilicates, las nanopartículas inorgánicas,
POSS o copolímeros de bloque, los Líquidos Iónicos (ILS) están emergiendo como
alternativa por su capacidad para inducir el orden y funcionalidad en materiales híbridos orgánico-inorgánicos.
El proyecto pretende aprovechar las propiedades de los Líquidos Iónicos como elementos patrón en la síntesis de nuevos materiales híbridos. Además, la utilización de
ILS traerá propiedades innovadoras a los materiales híbridos, debido a sus funciones
básicas y alta conductividad iónica y por lo tanto este método generará nuevos materiales. El nuevo orden de híbridos orgánico-inorgánicos se caracteriza morfológicamente y electroquímicamente caracterizada por su potencial aplicación en la conversión de energía y dispositivos de almacenamiento tales como baterías y células solares
innovadoras.
60
Laboratorio de Materiales Avanzados (LMA) - Universidad de Alicante
Responsable: Prof. Antonio Sepúlveda Escribano
Miembros: 23 investigadores.
Página web: http://www.ua.es/grupo/lma
Colaboraciones con empresas: Urbaser, S.A.; Repsol, S.A.; Biopartner, S.A., Carbongen, S.A.
Sectores: Materiales basados en Carbono y catalizadores para aplicaciones energéticas y medioambientales.
1.- Advanced First Response Respiratory Protection (FRESP)
Descripción:
Desarrollo de absorbentes basados en el carbono con un rendimiento mayor frente
contra de agentes de guerra química (CWA) y productos químicos industriales (TIC).
Los materiales recientemente desarrollados deben mostrar un comportamiento óptimo
en estos dos ámbitos de protección (frente a CWA y frente TIC) sin una pérdida significativa de la capacidad en cualquiera de ellos. También integra funciones que no están
disponibles en el “state-of-art” actual de absorbentes: la protección contra los gases
radiactivos y contra las amenazas biológicas. Esta integración exigirá un estudio en
profundidad de los efectos mutuos de los impregnantes y los métodos de impregnación, así como formas para disminuir el efecto nocivo de vapor de agua en la capacidad de absorción.
Resultados:
Desarrollados absorbentes modificados metálicamente con excelentes propiedades en la eliminación de las especies peligrosas (HCN, SO2, NH3,...)
61
2.- Desarrollo de nuevos nanomateriales para la producción, purificación y
almacenamiento de bio-hidrógeno.
Descripción:
Desarrollo de nuevos catalizadores y absorbentes para ser utilizados en procesos de
producción de hidrógeno a partir de compuestos derivados de la biomasa (bio-hidrógeno), su purificación y almacenamiento, a fin de ser utilizado como un combustible
limpio, ya sea por combustión directa o por la utilización de pilas de combustible.
El Bio-hidrógeno será producido a partir de compuestos derivados de la biomasa como el etanol y los hidratos de carbono (glicerol, etilenglicol, etc), por el reformado con
vapor, ya sea en ausencia o en presencia de oxígeno (oxidación reforma de vapor), así
como de la fase acuosa la reforma de los sustratos mismo. Los Catalizadores que se
utilizan en estos procesos se basarán en un metal noble (Pt) y metales base (Co, Ni),
promovido por óxidos reducibles (SnO2, ZnO, CeO 2 y ZrO2-TiO2), con el apoyo de la
alúmina y el carbón activado.
Una segunda etapa será la purificación de la corriente de hidrógeno obtenido. Esto se
llevará a cabo por la eliminación de CO residual por la reacción de oxidación preferencial.
Por último, se elaborarán materiales para el almacenamiento de hidrógeno basado en:
i) los materiales carbonosos con nanoporos de las dimensiones óptimas para el almacenamiento de H2, que se preparará a partir de materiales lignocelulósicos por los
procesos de activación térmica y química, y ii) los materiales carbonosos con la química de superficie a medida y de metal - y de aleación de carga (Pt, Pd, Ni), a fin de mejorar el proceso de absorción por desbordamiento.
Resultados:
62
1. Se han desarrollado diferentes catalizadores para la producción de hidrógeno mediante el reformado con vapor de reacción de bio-etanol. Estos catalizadores presentan un excelente rendimiento para producir hidrógeno limpio,
sin rastros de CO
2. Además, se han desarrollado catalizadores basados en oxido de gran actividad para la oxidación selectiva de CO en bajas concentraciones.
3. Se han desarrollado carbonos activados modificados metálicamente
con
una capacidad de adsorción mejorada hacia el hidrógeno.
63
Laboratorio de adhesión y adhesivos - Universidad de Alicante
Responsable: José Miguel Martín Martínez
Página web: http://www.ua.es/grupo/laa
Miembros:11 investigadores
Sectores: Adhesivos, Recubrimientos, Selladores
1.-Modificación de superficie de caucho para mejorar la adhesión - Red
RENAC
Descripción:
El Proyecto hace frente a la modificación de la superficie de caucho y polímeros por
medio de plasma atmosférico y la radiación UV. El objetivo es producir superficies nanoestructuradas para mejorar la adherencia a los recubrimientos (principalmente poliuretanos) y adhesivos.
Resultados:
El proyecto está en desarrollo y ya se han conseguido resultados con¡
una mejor adhesión NHA en materiales de caucho natural.
2.-Rellenos de nanosílice para adhesivos de poliuretano
Descripción:
Nanosílices de diferente polaridad superficial (hidrofílico, hidrofóbico) se han añadido a
resinas epoxi poliéster no saturadas y poliuretanos para moderar la adhesión. La novedad del proyecto es la mejora de la adherencia mediante la adición de nanopartículas.
64
Grupo de Nanotecnología Molecular - Universidad de Alicante
Responsable: Javier Garcia Martínez
Página web: http://www.nanomol.es
Sectores: Energía, Nanomateriales
1.-Generación de nuevos sistemas de almacenamiento energético basados
en técnicas de nanotecnología.
Descripción:
El Proyecto está dedicado a la generación de sistemas de almacenamiento energético
fabricados en el Grupo de Nanotecnología Molecular basados en materiales nanoestructurados de carbono con alta superficie específica y excelente conductividad eléctrica.
Resultados:
El carácter netamente aplicado del Grupo (el cual cuenta con un número importante
de patentes) ha permitido que se desarrollen aplicaciones de mejora de la eficiencia
como por ejemplo en la utilización de carbones porosos como electrodos de supercondensadores, zeolitas mesoporosas para la transformación catalítica de hidrocarburos.
Publicaciones más relevantes: Synthesis and Catalytic Applications of Self-Assembled
Carbon Nanofoams, Adv. Mater. 288–92, 20 (2008). Hierarchical control of porous silica by pH adjustment: Alkyl Polyamines as Surfactants for Bimodal Silica Synthesis and
its Carbon Replica, J. Solid State Chem 182, 2141-8 (2009).
65
2.-Fabricación y aplicación de sólidos nanoestructurados metal/soporte
mediante autoensamblaje de nanopartículas y, posteriormente, con plantillas supramoleculares y poliméricas.
Descripción:
Esta línea de investigación, de reciente creación, se fundamenta en el autoensamblaje de nanopartículas y compuestos de coordinación para su incorporación en la
estructura de catalizadores mesoporosos basados en sílice y zeolitas. En una segunda etapa, se utilizarán opolímeros de bloque para el autoensamblaje de nanopartículas/compuestos de coordinación y/o su empleo como agentes directores de
la estructura de cara a la obtención de nuevos catalizadores. Este ambicioso proyecto está financiado en parte por parte del Ministerio de Ciencia e Innovación.
Resultados:
Se han preparado catalizadores basados en sistemas nanopartícula/soporte poroso a partir del desarrollo de distintas técnicas de incorporación controlada de nanopartícilas metálicas en sólidos porosos mediante precursores solubles de metales de transición. Entre las estrategias que se están estudiando destacan la reducción en fase orgánica con reductores tipo NaBH4, para la producción de nanopartículas metálicas nanométricas, su funcionalización con aminas y tioles y su posterior incorporación mediante co-precipitación con alcóxidos metálicos, así como el
empleo de complejos metálicos para tal fin.
Publicaciones más relevantes: Synthesis, characterization and magnetism of monodispersed water soluble palladium nanoparticles J. Mater. Chem. 18, 5682 – 88
(2008). Incorporation of Pd Nanoparticles in Mesotructured Silica, Microp. Mesop.
Mater. 117, 170–7 (2009).
66
Grupo de Materiales Cerámicos y Vítreos - Universitat de València
Responsable: Javier Alarcon
Página web: http://www.uv.es/uimcv/
Miembros: 3 investigadores
Sectores: Industria Cerámica.
1.-Nanopartículas Oxidadas para aplicaciones médicas y de medio ambiente
Descripción:
Nanopartículas de óxido y oxihidroxido MO2 y MO (OH) se han preparado y caracterizdo con varias técnicas físicas. La capacidad de detección de especies químicas diferentes de las moléculas a los aniones y cationes en diferentes solventes se han
puesto de manifiesto por varias técnicas, como fotoluminiscencia y voltametría.
Resultados:
Se ha obtenido un sistema eficiente de detección de aniones y cationes de la superficie de las nanopartículas modificadas de oxihidroxido. Asimismo, estas ayudas permiten recuperar los sistemas de buen agente de contraste uniendo diferentes Di-s que
contienen compuestos de coordinación. Se ha detectado nanopartículoas de vanadiazirconia con un efecto catalizador eficaz hacia la oxidación electroquímica de glucosa
en medio alcalino acuoso. El efecto catalítico de las muestras monoclínico unido al
carbono y flúor-electrodos de óxido de estaño dopado exhibe una notable enantioselectividad.
67
2.-Cerámica vítrea nanocristalina
Descripción:
Vidriados cerámicos que contienen nanocristales con diferentes estructuras se prepararon y caracterizaron a través de diferentes técnicas. Las propiedades mecánicas del
vidrio desarrollados esmaltes cerámicos también fueron medidos.
Resultados:
Se ha obtenido diferentes tipos de vidrio y esmaltes cerámicos basados en una de las
fases cristalinas siguientes: cordierita, piroxeno, espinela y mullita. Las propiedades
mecánicas de estos materiales mostraron una mejora con respecto a los esmaltes
convencionales.
68
Instituto de Ciencia de los Materiales (Unidad de Materiales y Dispositivos
Optoelectrónicos)- Universitat de València
Responsable: Juan P. Martínez Pastor
Página web: http://www.uv.es/icmuv/
Sectores: Nanofabricación Fotovoltaica, Dispositivos Fotónicos
Laboratorios:
- Laboratorio de Nanofabricación. Equipamiento en sala blanca: litografía óptica UV,
litografía de haz de electrones (resolución 40 nm), spinning de resinas, banco químico, limpieza por plasma de oxígeno, horno RTP (Rapid Thermal Processing hasta
1250 ºC) y perfilómetro. En otra sala (no blanca) se dispone de un equipo de ablación con láser excímero (193 nm, 400 mJ de pulso) y cámara de ultra-alto vacío con
selector de blancos y porta-substratos con calefacción hasta unos 600 ºC, y un sistema de deposición por sputtering RF-magnetrón con dos cañones de 2” y 3”.
- Laboratorio de síntesis química de Nanopartículas. El equipamiento de química y espectrómetro UV-VIS es común del ICMUV. Se dispone además de reactivos, compuestos químicos y material fungible específico del grupo.
- Laboratorio de Espectroscopía Óptica para Nanociencias. En este laboratorio se incluyen técnicas específicas de caracterización de nanoestructuras semiconductoras
y otros nanomateriales (o materiales a nivel microscópico) mediante micro-espectroscopía confocal y de campo cercano mediante el uso de excitación láser y detección a nivel de pocos fotones. Se dispone además de técnicas básicas de caracterización óptica y eléctrica de materiales (semiconductores, coloides, composite) y dispositivos (fotovoltaicos, fotoconductores, emisores, biosensores).
Líneas de Investigación Más Relevantes:
1) Propiedades ópticas de Nanohilos cuánticos de InAs en InP. Aunque se trabaja en
este sistema desde 1999, la investigación más reciente tiene que ver con sus propie-
69
dades de emisión cuando los hilos están incluidos en cavidades de cristal fotónico
bidimensional, como base para láseres y dispositivos fotónicos para Telecomunicaciones.
2) Propiedades ópticas de Puntos cuánticos de InAs en GaAs. En puntos cuánticos se
ha trabajado desde el año 1997, aunque es a partir del 2000 cuando se intensificó la
investigación en esta línea. Son de destacar, además de estudios básicos de propiedades ópticas y efecto de campos eléctricos sobre éstas (a nivel téorico y experimental), los experimentos de micro-espectroscopía confocal a baja temperatura realizados
sobre puntos cuánticos aislados por primera vez España (2003).
El grupo es pionero en experimentos de interferometría cuántica en este tipo de sistemas (2008) los cuáles son necesarios para la certificar que una fuente de luz es cuántica. Las aplicaciones de estos sistemas son variadas: desde fuentes cuánticas de luz
para las Comunicaciones seguras (criptografía cuántica) hasta nanobiosensores ultrasensibles.
3) Fabricación y estudio de capas delgadas y nanomateriales por ablación láser. A
partir de 2007 también se inició la preparación de puntos cuánticos de InAs mediante
ablación láser en fase de vapor de blancos puros cristalinos para aplicaciones fotovoltaicas.
4) Nanofotónica en Si, GaAs e híbridos polímero-nanopartículas. En esta línea se está
abordando desde 2007 la fabricación de estructuras y dispositivos fotónicos para aplicaciones en optoelectrónica para telecomunicaciones y biosensores ultrasensibles basados en fluorescencia.
5) Síntesis, propiedades ópticas y aplicaciones de Puntos cuánticos coloidales (CdSe
y PbSe). En esta línea se está trabajando desde 2006 en: (1) Síntesis de nanopartículas semiconductoras de CdS, CdSe, CdTe y PbSe, (2) Propiedades ópticas de nanopartículas de PbSe, mucho menos estudiadas, (3) Obtención y estudio de nanocomposites (híbridos) de base polimérica conteniendo tales puntos cuánticos, así como
aplicaciones fotónicas (para sensores) y optoelectrónicas (fotovoltaicas, fundamentalmente).
70
6) Síntesis, propiedades ópticas y aplicaciones de nanopartículas de metales nobles
(Ag, Au). Desde mediados de 2006 se han sintetizado y estudiado nanopartículas
metálicas de Ag, Au y aleaciones (a través de un método patentado por el grupo),
así como obtenido de forma controlada aglomerados de estas nanopartículas con
tamaño variable, habiéndonos concentrado en aplicaciones fototérmicas (pendiente
de patente). También se han desarrollado nanocomposites basados en polímeros
sensibles a litografía UV y haz de electrones, lo que ha constituido una patente del
grupo y varias publicaciones recientes.
Se está estudiando su aplicación en sensores químicos y biosensores basados en la
Resonancia de Plasmón Superficial Localizado en las nanopartículas metálicas, lo que
ya ha sido la base de una publicación reciente.
1.- Dispositivos Fotónicos y Plasmónicos: contribución en Nanomateriales, simulación
de dispositivos y micro-espectroscopía óptica
2.- Nanotecnología y Nanomateriales para la Conversión Solar Fotovoltaica
3.- Nanomaterials and nanotechnology for advanced PhotoVoltaics
71
Instituto de Ciencia Molecular (Grupo de Investigación en Materiales Moleculares)- Universitat de València
Responsable: Prof Eugenio Coronado
Página web: http://www.icmol.es/
Sectores: Energia, Electrónica, Magnetismo
Colaboraciones con empresa privada: ATERSA, THALES Researhc and Technology, MBE-Komponenten
1. Nanociencia Molecular:
Descripción:
El grupo de investigación tiene la intención de aprovechar las capacidades complementarias de carácter teórico y experimental puesto en común en este proyecto para
hacer frente a los problemas de impacto ambiciosos y de alta en Nanociencia Molecular, que no son posibles de resolver en el marco de un proyecto de investigación estándar. De hecho, este proyecto pretende que las capacidades sintéticas de los químicos, junto con la mejor comprensión de la auto-organización de los procesos que
ocurren en los sistemas biológicos, los resultados en la preparación de sofisticados
sistemas moleculares y supramoleculares que puede representar un desafío para las
capacidades instrumentales desarrolladas por los físicos. En concreto, las actividades
de este proyecto, desarrollado por los químicos orgánicos e inorgánicos, biofísicos y
físicos de la materia condensada, se centrará en:
•
El diseño, la síntesis y caracterización de moléculas, supramoleculas y nanopartículas con funcionalidades electrónicas, magnéticas o biológicas.
•
El uso de un enfoque molecular para producir, de una manera conveniente, las
superficies de las nanopartículas y otros nano-materiales.
72
•
Depósito y organización de las moléculas y los nano-materiales sobre las superficies de cualquiera de sustratos orgánicos o inorgánicos y para estudiar
sus interacciones y auto-organización.
•
Determinar experimentalmente las características estructurales, propiedades
funcionales, electrónicas y magnéticas de estos nanomateriales a temperaturas muy bajas, estado líquido o ultra-alto vacío.
•
Explorar el uso de nano-dispositivos mecánicos, en electrónica molecular (como los OLED y las células solares), en la química (como sensores moleculares)
y en medicina (como agentes de contraste en la resonancia magnética, o como bio-sensores en las terapias anti-tumorales por hipertermia).
2. Spintrónica Molecular:
Descripción:
En este proyecto se pretende diseñar nuevas moléculas magnéticas y nuevas clases
de materiales magnéticos moleculares que, convenientemente nanoestructurados,
pueden ser de interés en espintrónica molecular, computación cuántica y, en general,
en nanomagnetismo. El proyecto pretende cubrir el desarrollo de moléculas basadas
en materiales con interesantes propiedades espintrónicos (molécula espintrónica-based), así como el diseño y estudio de moléculas magnéticas de interés en unimolecular espintrónica y computación cuántica. Los objetivos serán los siguientes:
- El uso de moléculas basadas en imanes para la preparación de las estructuras de
múltiples capas espintrónicos (válvulas de spin molecular)
- Diseño de moléculas basadas en materiales magnéticos presentan propiedades multifuncionales (superconductores ferromagnéticos, multicapas magnéticas y magnético realización de multicapas) -- Nanopatterning de nanoestructuras magnéticas en
superficies a través de un enfoque molecular.
- El control químico de la dinámica de spin y de coherencia en una sola molécula de
imanes sobre la base de polyoxometalates magnéticos con el objetivo de desarrollar
qu-bits basado en estas moléculas inorgánicas.
- Posicionamiento de polyoxometalates magnéticos sobre las superficies.
73
Una estrategia no convencional de este proyecto es el uso de bloques de construcción puramente inorgánica, así como de moléculas inorgánicas magnéticas para el
diseño de estos materiales magnéticos, en lugar de utilizar los sistemas de metal-orgánicos moleculares. Otro rasgo característico de este proyecto es la combinación de
enfoques arriba abajo y de abajo hacia arriba para el tratamiento de las moléculas de
los materiales. Así, el proyecto aprovechará la ventaja de utilizar las técnicas litográficas (de alto rendimiento, fácil escalabilidad, etc) en combinación con el fondo químico
hasta el diseño del sistema molecular para la nanoestampación de los materiales y la
colocación de las moléculas en superficies con una precisión nanométrica.
3. Materiales Moleculares Multifuncionales
Descripción:
Uno de los campos de rápido crecimiento en ciencia de materiales es el diseño de
nuevos materiales mediante la combinación de dos (o más) para obtener las propiedades físicas o químicas de interés.
La versatilidad de la química molecular y la selección adecuada de los componentes
moleculares de partida puede permitir el aislamiento de los sistemas supramoleculares
con la inusual combinación de propiedades, difíciles o imposibles de lograr en el clásico de materiales inorgánicos, o de nuevas funcionalidades procedentes de la interacción entre ambas propiedades en el sólido.
En este proyecto se utiliza un enfoque híbrido a través de materiales de auto-ensamblado multifuncional en la que dos propiedades pueden coexistir o interactuar:
1) conductores moleculares magnéticos y superconductores
2) imanes quirales y conductores
3) imanes porosos y conductores
4) materiales magnéticos, porosos y conductores conmutables
5) Híbrido molecular de nanomateriales
74
Instituto de Ciencia Molecular (Grupo de Investigación Dispositivos Optoelectrónicos Moleculares)- Universitat de València
Responsable: Dr. Hendrik Bolink
Página web: http://www.icmol.es/
Sectores:Electrónica, Automoción,Textil, Impresión, Vidrio
Colaboraciones con empresa privada: Siemens AG, Osram GmbH, Osram Optosemiconductors, Saint-Gobain, FIAT, Grupo Antolin, ITURI y AIDO.
1. Tecnología LED orgánica combinada para aplicaciones de bajo coste de
iluminación en grandes extensiones.
Descripción:
El estado sólido en iluminación es un campo de investigación fascinante que impulsó a
la revolucionaria tecnología de los LED inorgánicos durante la última década. Se han
identificado nuevos desarrollos con dispositivos orgánicos emisores de luz en grandes
extensiones y bajo arquitecturas nanométricas como complemento a los los elementos inorgánicos.
Estos dispositivos orgánicos emisores de luz (OLED) para iluminación se espera que
tengan en un impacto importante en el mercado por sus propiedades. Pueden actuar
como casi dos dimensiones fuentes de luz difusa, así como para aplicaciones de señalización. Dado que la eficiencia de estos dispositivos es superior a 50 lm / W también favorecen disminuir la el consumo mundial de energía.
Los OLED se convierten así en unos elementos revolucionarios para el mercado del
alumbrado y señalización en el futuro por los siguientes motivos:
75
• la estructura de costos es competitiva
• un punto de venta único, como la transparencia es explorado.
En el proyecto están colaborando empresas e instituciones como Osram Opto-Semiconductors, Saint Gobain, Siemens AG, University of Valencia, CEA-Leti, PPML y
Schreiner Group.
Resultados:
•
Conductores transparentes de bajo coste
•
Reglas de Diseño para emisores OLED
•
Diodos emisores de luz híbridos inorgánicos-organicos
2. Cost-Efficient Lighting devices based on Liquid processes and ionic Organometallic complexes (CELLO) (Dispositivos de iluminación de bajo ratio
Coste/eficiencia basados en procesos líquidos y complejos iónicos organometálicos)
Descripción:
CELLO pretende desarrollar
a) una película fina y flexible y fuentes de luz de gran extensión con eficiencias en potencia superiores a 25 lm / W y vida útil mayor de 5000 horas basados en células
emisoras de luz electroquímicas (LEC) que dependen de complejos metálicos fosforescentes iónicos de transición como componente activo único.
b) Procesos húmedos escalables y compatibles “roll-to-roll” para depositar los componentes moleculares activos, la generación de dispositivos impresos completos lo
que mejorará su efectividad. LECs son candidatos idóneos para el uso en tecnologías de fina película para iluminación dado que por una parte operan a muy bajos
voltajes, pueden ser procesados con disolventes no dañinos, tener una gran tolerancia para el espesor de la capa activa y finalmente funcionan con electrodos de
aire estable.
76
En el proyecto están colaborando la Universidad de Valencia como coordinador, Siemens AG, University of Babel, Consiglio Nazianale dell Ricerche, Ecole Polytechnique
Federale de Lausanne, osram GmbH y VTT
3. ORION- Ordered inorganic organic Hibrids using ionic liquids for emerging
applications (Híbridos inorgánicos-orgánicos híbrido que utilizan líquidos
iónicos para aplicaciones emergentes)
Descripción:
ORION es un proyecto a gran escala de Colaboración Proyecto financiado por el 7 º
Programa Marco con una duración de 48 meses. El consorcio está formado por 17
socios de los ocho Estados miembros, todos ellos considerados como expertos internacionales en su área de investigación.
El concepto principal del proyecto es el desarrollo de una nueva familia de materiales
híbridos orgánicos-inorgánicos funcionales caracterizados por una morfología ordenada. Los híbridos se componen de un material inorgánico como (TiO2, SiO2, ZnO, Si,
Sn, LiCoO2) y líquidos iónicos como el componente orgánico.
En el proyecto hay involucrados un gran número de colaboradores: Cidetec como coordinador, Universitat de València y otras 9 universidades y centros de investigación
además de las siguientes empresas: Johnson Matthey PLC, Solvionic S.A, Centro Ricerche Fiat SCPA, Nanoco Technologies Ltd, Celaya Emparanza y Galdos SA, Solaronix S.A.
77
Instituto de Tecnología Química - Universidad Politécnica de Valencia.
Responsable: Avelino Corma
Página web: http://itq.webs.upv.es
Miembros: 44 investigadores, 64 personal contratado, y 39 becarios
Sectores: Catalizadores, petroquímico, producción energía
1.- Materiales nanoporosos estructurados para conversión de energía
Descripción:
Desarrollo de nuevos materiales nano y mesoporosos con una selectividad y actividad
mejorada con respecto a los catalizadores actualmente utilizados en refinería, procesos petroquímicos, producción de energía, procesos de química verde así como en
procesos de adsorción y separación de hidrocarburos.
Gracias a estos nuevos materiales se consigue un control exacto de la geometría y de
las propiedades hidrofóbicas/hidrofílicas de los catalizadores heterogéneos que van a
participar en dicho proceso. Esto es posible gracias a un nivel elevado de los cálculos
a niveles químicos de quatum y utilizando métodos DFT (Density Functional Theory) y
métodos semiempíricos. Una vez obtenida una primera visión del diseño del proceso
para un nuevo catalizador en su totalidad desde un punto de vista teórico, se procede
al desarrollo experimental de los nuevos sólidos microporosos con poros y cavidades
en el rango subnanométrico, manteniendo a la vez control sobre los sitios activos.
También se considera la posibilidad de sintetizar materiales híbridos inorgánico-orgánico con estructuras altamente ordenadas y con poros uniformes.
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Resultados:
Nuevos materiales nano y mesoporosos con una selectividad y una actividad mejorada
para su uso en refinería, procesos petroquímicos, producción de energía y procesos
de química verde.
Utilización de materiales de bajo coste para la preparación de catalizadores más activos y más selectivos a partir de cálculos teóricos y métodos semiempíricos
2.- Energías renovables a partir de procesos químicos y electroquímicos:
desarrollo de pilas de combustible y otros dispositivos eficientes
Descripción:
Desarrollo de nuevos conductores de estado sólido y materiales electrocatalíticos mejorados y con nuevas propiedades. Estos materiales deben ser integrados en dispositivos electroquímicos e iónicos, como, por ejemplo, las pilas de combustibles, reactores de membranas iónicas, reactores electroquímicos, sensores, bombas iónicas, etc.
Ambitos de trabajo:
- Producción de energía: desarrollamos convertidores electroquímicos altamente eficientes, principalmente pilas de combustible, permitiendo así maximizar la utilización
de energía química a partir de diferentes combustibles derivados de la biomasa
(bioalcoholes, biogás, cultivos gasificados, etc.), combustibles fósiles (gas natural,
diesel) y del vector energético hidrógeno. Actualmente, podemos encontrar diferentes tipos de pilas de combustibles, como por ejemplo, pilas de baja temperatura
(PEM y DMPEC), y pilas de media y alta temperatura, principalmente pilas de óxidos
sólidos (SOFC) con electrolitos conductores de oxígeno-iones y protones. El objetivo
es mejorar la eficiencia, estabilidad y densidad energética a temperaturas moderadas
para impulsar su introducción en el mercado para la producción energética estacionaria y no estacionaria.
- Mitigación del cambio climático: en este ámbito, se está trabajando en el desarrollo
de membranas iónicas para separar selectivamente O2 y H2 provenientes de dife-
79
rentes corrientes de gas. Este tipo de membranas permiten la producción de O2 puro económicamente rentable, y la separación estable de H2 de corrientes de reformado con elevados contenidos de CO2 a temperaturas elevadas. Gracias a estas
membranas es posible el desarrollo de las denominadas plantas energéticas de emisión cero utilizando tanto O2 en el proceso de Oxyfuel, combustión de carbón o Gas
Natural, o utilizando membranas de H2 en procesos de precombustión. Al contrario
que en las plantas energéticas actuales, este nuevo esquema de plantas energéticas
producirá una corriente de gas final compuesta principalmente por H2O y CO2, que
pueden ser capturados y secuestrados fácilmente.
- Procesos de intensificación: desde el ITQ se trabaja para la mejora de la eficiencia y
de la seguridad en la fabricación de todo tipo de productos químicos, integrando el
control de transferencia de masa/separación y el control de la transferencia de calor
y de la cinética de la reacción. Esta estrategia combina membranas iónicas y microporosas, técnicas de miniaturación y catálisis de superficie. Unos ejemplos de intensificación de reactores son los reactores de membrana, reactores electroquímicos,
sistemas monolíticos de membranas, etc.
- Gestión de la eficiencia energética de fuentes renovables: desarrollamos componentes electrolizadores para producción de H2 permitiendo el almacenamiento local/
temporal en un excedente de energía, principalmente de origen solar, viento u otras
fuentes.
- Sensores de seguridad, automóviles y aplicaciones domóticas: la combinación de
materiales iónicos de estado sólido, catálisis y nanotecnología nos da la posibilidad
de desarrollar nuevos dispositivos de estado sólido iónico para sensores de gas/vapor integrados en sistemas de control complejos.
Resultados:
Aplicaciones en:
- Pilas de combustibles
- Electrolizadores
- Membranas de separación de gases (oxígeno del aire; Hidrógeno)
80
- Reactores catalíticos de membrana, sensores de estado sólido
Permitiendo:
- Mayor eficiencia
- Sistemas más robustos y duraderos
- Nuevas rutas industriales.
3.- Técnicas fotoquímicas y nanomateriales para ciencias de la vida
Descripción:
Desarrollo de aplicaciones de nuevas técnicas fotoquímicas y nanomateriales en ciencias de la vida. En este ámbito, se permite la mejora del efecto de drogas aumentando la relación beneficio/riesgo y controlando la liberación de la droga en los órganos y
los tejidos deseados.
Asimismo, se trabaja en el desarrollo de sistemas biomiméticos artificiales para reparar
el daño biológico y para la obtención de luz eficiente, tomando como modelo los enzimas naturales y los procesos fotosintéticos y en nuevas tecnologías basadas únicamente en las propiedades del estado excitado y nanomateriales para explotar el elevado potencial de resolución temporal y espacial.
Ambitos de trabajo:
- Mecanismos moleculares de fototoxicidad, fotoalergia y fotocancerígenos.
- Fotoprotección de organismos vivos y materiales.
- Fotocatálisis biomimética: fotoenzimas, anticuerpos fotocatalíticos y sistemas modelo.
- Comportamiento supramolecular en huéspedes biomoleculares.
- Fotocápsulas para moléculas bioactivas.
- Materiales nanoestructurados para transporte de drogas y biomoléculas, así como
para imagen y diagnóstico.
81
- Aplicaciones fotobiológicas y fototecnológicas de pigmentos orgánicos en sistemas
microheterogéneos
Resultados:
Diseño y optimización de compuestos bioactivos, especialmente fármacos y filtros solares con unas ventajas técnicas notables como la disponibilidad de técnicas con alta
resolución espacio-temporal que permite estudiar las bases moleculares de los procesos implicados, examinando las interacciones relevantes durante los primeros microsegundos.
82
Instituto de Tecnología Nanofotónica (NTC) - Universidad Politécnica de Valencia.
Responsable: Javier Martí Sendra
Página web: http://www.ntc.upv.es/
Sectores: Fabricación en materiales y dispositivos fotónicos (ej.: circuitos integrados
fotónicos en Silicio). Realización de procesos de micro/nanofabricación, a industrias
de otros sectores económicos (cerámica, metalurgia, textil, artes gráficas, agricultura, etc.), donde las nanotecnologías permiten múltiples aplicaciones..
1.- Caracterización óptica de estructuras fotónicas
Descripción:
El Centro de Tecnología Nanofotónica ofrece como capacidad la caracterización óptica de estructuras fotónicas fabricadas sobre sustratos planares (por ejemplo, Silicio
sobre sílice, materiales III-V, etc).
Para ello se disponen de diversas configuraciones de caracterización especializados
en ciertas medidas de las estructuras y circuitos bajo test. Para la región de longitudes
de onda correspondiente a la tercera ventana de comunicaciones ópticas (1.55 nm)
con sistemas de caracterización completa de circuitos micro y nanofotónicos que
permiten llevar a cabo medidas espectrales de transmisión y reflexión incluyendo acople eficiente al circuito usando fibras en lente; medidas con diversidad en polarización;
medidas de pérdidas de propagación en guías ópticas; de eficiencia de acoplo fibra/
guía; de fase, velocidad de grupo y dispersión mediante un analizador de redes vectorial todo-óptico; y de propagación de pulsos ultra-cortos (picosegundos) en el tiempo
mediante un osciloscopio óptico de 65 GHz de ancho de banda. Además de estos
sistemas de medida para circuitos fotónicos, disponemos de un espectrómetro FTIR
83
que permite medidas de reflexión y transmisión a través de muestras en el rango de
longitud de onda desde 400 nm (ultravioleta) hasta 1 mm (terahercio).
Resultados:
Se encuentran diversas aplicaciones de esta tecnología en los campos de:
- Redes de comunicaciones ópticas
- Procesado óptico de señal
- Interconexiones ópticas
- Biosensores
- Materiales ópticos
que propocionan notables ventajas técnicas como la caracterización a medida, medidas espectrales FTIR en el rango espectral más amplio posible en el mercado, test en
tiempo y frecuencia simultáneo y medidas de dispersión en la banda de 1.55 nm
2.- Procesado de micro/nanofabricacion en obleas de silicio de 6 pulgadas
Descripción:
El Centro de Tecnología Nanofotónica ofrece como capacidad la fabricación de circuitos fotónicos, células fotovoltaicas y MEMS. Los dispositivos se aplican en comunicaciones ópticas, sensores de diversos tipos, detectores, células fotovoltaicas, etc.
Los circuitos ópticos pasivos que se diseñan y fabrican son: filtros ópticos, acopladores en fibra óptica, multiplexores/demultiplexores, add-drop multiplexers (ADMs) y
compensadores de dispersión.Integración de subsistemas para fibra óptica como
módulos láseres y módulos receptores ópticos para transmisiones ópticas digitales y
analógicas (video analógico y digital, telemetría/telecontrol, telefónica móvil celular,
etc.).
84
Resultados:
-Fabricación de dispositivos ópticos pasivos (filtros, acopladores, multiplexores/demultiplexores, compensadores de dispersión, módulos de inserción-extracción de canales en enlaces WDM, sistemas y dispositivos de acoplo, sensores ópticos)
-Integración de subsistemas para fibra óptica (módulos láser y módulos receptores).
Este tipo de aplicaciones presentan unas ventajas técnicas considerables: Mayor velocidad, Aumento del ancho de banda y por tanto, la cantidad de servicios transportados al usuario final, Mayor independencia de las condiciones del entorno, reduce el
tamaño del dispositivo, evita los costosos sistemas de alimentación y tiene un menor
número de falsas alarmas que los equivalentes sistemas eléctricos.
3.- Diseño de circuitos fotónicos integrados
Descripción:
El Centro de Tecnología Nanofotónica ofrece como capacidad el diseño completo de
circuitos fotónicos integrados de dimensiones micro y nanométricas sobre tecnología
planar (por ejemplo, Silicio sobre sílice, materiales III-V, etc), incluyendo la optimización
de: las propiedades de las guías ópticas que confinan la luz; el acoplamiento de la fibra óptica externa al circuito fotónico integrado; y de bloques básicos tales como divisores/combinadores de potencia, acopladores, estructuras interferométricas. Asimismo, desde el Centro de Tecnología Nanofotónica trabajan también en la modelización
del circuito completo considerando modelos reales de materiales y bloques.
Algunas de las posibles aplicaciones de estos circuitos son: dispositivos para redes de
comunicaciones ópticas y para procesado todo-óptico de señal, micro/nanosensores
biofotónicos (sustancias biológicas, explosivos, etc.), y sistemas de interconexión óptica de bajo coste.
Resultados:
Los circuitos fotónicos integrados se pueden utilizar en redes de comunicaciones ópticas, procesado óptico de señal, interconexiones ópticas, biosensores.
85
Grupo de Arquitecturas Paralelas - Universidad Politécnica de Valencia.
Responsable: José Francisco Duato Marín
Página web: http://www.acca-group.info/i
Miembros:42 (entre investigadores, becarios y administración)
Colaboraciones con empresas privadas: Intel Santa Clara, Sun MIcrosystems, DS2
(Diseño en Sistemas de Silicio), ST Microelectronics
Sectores: Redes PLC, on-chip networks
1.- Arquitecturas de alto rendimiento y fiables para centros de datos y servidores de Internet (http://www.acca-group.info)
Descripción:
El objetivo del proyecto, bajo el programa Consolider-Ingenio 2010 del Ministerio de
Ciencia e Innovación, es el desarrollo de varias técnicas para mejorar el rendimiento y
la fiabilidad de las arquitecturas de los servidores actuales de centros de datos y servidores de Internet. Este proyecto se centrará en la investigación en procesadores, la
memoria y de interconexión de las arquitecturas, los sistemas multiprocesador, software de sistemas, sistemas de archivos paralelos, balanceo de carga dinámica, y técnicas para apoyar eficientemente la adquisición de datos y acceso a clientes a través
de redes inalámbricas, así como mejorar la calidad de los recursos acceso a través de
la red .
Este proyecto combina la investigación evolutiva y disruptiva con la aplicación de un
prototipo. Entre las actividades de investigación disruptiva, se desarrollan técnicas para ejecutar instrucciones fuera de orden, sin puntos de control que reducirá drásticamente el impacto negativo de las latencias de memoria cada vez mayor, una organización de la memoria sin caché que reducirá tiempo medio de acceso de memoria, una
arquitectura de red de interconexión con una latencia de paquetes de orden de magnitud menor de las ya existentes. Este proyecto también ofrecerá nuevos resultados a lo
largo de las líneas de investigación tradicionalmente seguida por el grupo, incluida la
86
investigación sobre la microarquitectura del procesador, la reducción del consumo de
energía del procesador, multiprocesadores, los protocolos de coherencia de caché, la
arquitectura de conmutación, gestión de la congestión, rutas, redes tolerantes a fallos,
la reducción de el consumo de energía de red, soporte para la calidad del servicio, las
técnicas para apoyar eficientemente el acceso inalámbrico a servidores, sistemas de
archivos paralelos, software de sistema para los ordenadores paralelos, y balanceo de
carga técnicas.
En el proyecto participaron la propia Universidad Politécnica de Valencia como coordinadora, la Universidad de Castilla La-Mancha, la Universidad de Murcia y la Universitat
de València con un total de 107 investigadores.
Resultados:
•
Especificaciones “High Node Count HyperTransport”
•
Especificaciones “HyperTransport Node Connector”
•
Especificaciones “HyperTransport Mezzanine Connector”
•
Herramienta de simulación para InfiniBand utilizando OPNET
•
Algortimo para direccionamiento Unicast/broadcast para redes “on-chip” en
colaboración con AMD
•
Algortimo de direccionamiento para “fat-tree” implementado en los switches de
Sun Microsystems InfiniBand Magnum
•
Obtención de patente en EEUU en Noticiación de Congestión Explicita Regional junto a Xyratex
•
Obtención de patente en EEUU en un método para codificar secuencias de
video conjuntamente con Florida Atlantic University
•
Obtención de patente en EEUU en un método para transferencia en frecuencia
y tiempo en redes de comunicaciones junto a Nortel Networks Limited
87
2 . - C o m m u n i c a t i o n C e n t r i c M u l t i c o re A rc h i t e c t u re s ( C O M C A S )
(http://www.comcas.eu)
Descripción:
El objetivo del proyecto "COMCAS", bajo el programa Plan Avanza I+D del Ministerio
de Industria, es investigar en las soluciones de diseño de baja potencia para comunicación de datos heterogénea en arquitecturas multinúcleo orientadas a tecnologías
CMOS de 45 nm y 32 nm.
Estas arquitecturas serán utilizadas en una serie de aplicaciones de gran impacto en
las telecomunicaciones, por ejemplo de la próxima generación de multi-procesadores
programables de teléfonos móviles y dispositivos móviles de entretenimiento digital.
COMCAS se basa en los resultados de los proyectos Medea + + LoMoSA, cuyo objetivo era la creación de una experiencia europea en tecnologías de bajo consumo para
móviles y aplicaciones multimedia basadas en arquitecturas homogéneas.
En el proyecto COMCAS participan la Universidad Politécnica de Valencia, Universidad
de Castilla La-Mancha, DS2, ST microelectronics, ST Ericsson, Tima, NXP, Universidad
de Cantabria, TU Delft, Sayme, Axiom, Thales, CEA Leti, CEA List, Recore y la Universidad de Niza.
3.- Nanoscale Silicon-Aware Network-on-Chip Design Platform (NaNoC)
(http://www.nanoc-project.eu)
Descripción:
El objetivo del proyecto "NaNoC", bajo el programa STREP of FP7 de la Comisión Europea, es desarrollar una innovadora plataforma de diseño orientado network-on-chip
que constituyen un conjunto de herramientas para la construcción de sistemas multinúcleo basados en NoC bajo tecnologías de nanoescala.
88
La plataforma de diseño proporcionará un enfoque estructurado de flujo de diseño
basado en NoC a través de un diseño interconectado integrado verticalmente y una
estrategia de optimización, permitiendo la interoperabilidad entre las herramientas en
las diferentes capas de la jerarquía de diseño.
En el proyecto “NaNoC” participan la Universidad Politécnica de Valencia como coordinador, la Universidad de Ferrara, Simula Research Lab, Infineon Technologies,
iNoCs, Teklatech, Lantiq.
89
Grupo de Comunicaciones Opticas y Cuánticas - Instituto de Telecomunicaciones y Aplicaciones Multimedia (iTEAM) - Universidad Politécnica de Valencia.
Responsable: José Capmany Francoy
Página web: http://www.iteam.upv.es/
Miembros:24 (entre investigadores, becarios y administración)
Sectores: Telecomunicaciones, Espacio, Construcción, Salud
1.- ALPHA – Architectures for Flexible Photonic Home and Access Networks
Descripción:
El objetivo del proyecto es abordar los retos de la construcción del futuro acceso y
todo tipo de redes embebidas en los edificios para el hogar y entornos de oficina. El
proyecto apoya la evolución hacia una red cognitiva utilizando dinámicamente los recursos de una infraestructura de red óptica para soportar un entorno heterogéneo de
tecnologías alámbricas e inalámbricas.
El proyecto investiga las innovadoras soluciones arquitectónicas y de transporte basada en la variedad de fibras ópticas (simples, multi-modo y plásticas), así como la tecnología inalámbrica para apoyar tanto a servicios alámbricos e inalámbricos en una
infraestructura de red convergente.
El proyecto comienza con el análisis de las posibilidades futuras de ancho de banda y
de calidad de servicio (QoS) que pueden ser planteadas por los futuros servicios en el
ámbito de acceso y de creación de redes tales como Ultra HD Video, Redes de Almacenamiento Local, aplicaciones médicas a distancia y el mapeo de esos requisitos en
las especificaciones de la red.
El proyecto persigue validaciones experimentales de las tecnologías próximas a la madurez en las pruebas de laboratorio y pruebas de campo de explotación intensiva de
90
los tres bancos de pruebas del proyecto. El proyecto también incluye actividades de
investigación a largo plazo dirigidas a mejorar las tecnologías existentes, y sigue una
estrategia de difusión intensiva y de normalización.
En el proyecto ALPHA se han involucrado empresas e instituciones como: Telefonica
(España), France Telecom (Francia), Telekomunikacja Polska (Polonia), Alcatel-Lucent
(Francia), Andrew Wireless Systems (Italia), Telsey (Italia), Acreo (Suecia, coordinador),
IBBT (Bélgica),Techical University of Denmark (Dinamarca), University of Eindhoven
(Holanda), Universidad Politecnica de Valencia (España), Universita di Bologna (Italia),
Politecnico di Torino (Italia), Bangor University (UK), Homefibre (Austria), 3S Photonics
(Francia), Luceat (Italia)
2.- QOIT – Quantum Optical Information Technology
Descripción:
Este proyecto está dedicado a la elaboración de métodos y dispositivos para la tecnología de la información futura sobre la base de los sistemas de óptica cuántica. Combina la investigación experimental con teórica. La parte experimental abarca los sistemas cuánticos de estado sólido, atómicos y fotónicos y por lo tanto abarca los enfoques actuales más importantes para el procesamiento de información cuántica. Estos
sistemas se utilizarán para investigar y aplicar elementos básicos para la transmisión,
almacenamiento y procesamiento de información cuántica.
La parte teórica abarca una amplia gama de aspectos en estrecha relación con los
experimentos, incluyendo el desarrollo de protocolos criptográficos, los planes para la
creación y conservación de enredo, y la simulación de la dinámica cuántica. Los objetivos generales del proyecto son los avances en la comunicación cuántica, almacenamiento de información cuántica, la criptografía cuántica, computación cuántica, y la
imagen cuántica. Una característica especialmente importante del proyecto será la
integración de la óptica cuántica con la más moderna tecnología de avanzada a la fotónica, como dispositivos semiconductores micro- y nanoestructurados, cristales
fotónicos y la tecnología de comunicaciones de fibra óptica.
91
En el proyecto QOIT han participado las siguientes instituciones: ICFO - Institut de
Ciències Fotòniques, IMM-CSIC- Instituto de Microelectrónica de Madrid, UAB - Universitat Autònoma de Barcelona, UAM- Universidad Autónoma de Madrid, UPV-Instituto de Telecomunicaciones y Aplicaciones Multimedia, Universitat de Barcelona.
3.- GOSPEL – Gobernando la Velocidad de la Luz
Descripción:
El proyecto GOSPEL tiene como objetivo desarrollar tecnologías nuevas y altamente
eficaces para favorecer la propagación de la luz lenta y rápida como una característica
ajustable en dispositivos fotónicos. De hecho, el control de la velocidad de grupo de la
luz ofrece una solución a una funcionalidad necesaria en sistemas de banda ancha
TIC: una línea de time-delay/phase-shift. La investigación propuesta se ocupará de
tres plataformas de dispositivos de luz lenta y rápida: guías de onda de semiconductores de cristal fotónico lineal y no lineal, guías de onda activas basadas en semiconductores de puntos cuánticos y avanzadas. Estas tecnologías se utilizarán en aplicaciones
de microondas y ondas milimétricas, tales como: retardo de tiempo real de la antena
para alimentar los sistemas de radares y ultra banda ancha de comunicación inalámbrica, filtros de microondas complejos, opto-osciladores electrónicos de alta pureza
espectral y sistemas electro-ópticos de muestreo.
Este proyecto reúne a expertos de renombre mundial en la fotónica de microondas y
de semiconductores y tecnologías de fibra, bajo una visión unificada del papel que
puede desempeñar la luz rápida y lenta en aplicaciones de microondas avanzado.
En el proyecto GOSPEL colaboran las instituciones: CNIT, Technion, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Universidad Politécnica de Valencia, Danmarks Tekniske
Universitet, Universitaet Kassel, Thales Research and Technology y la Yonsei University.
92
Enfoque Tecnológico
En este capítulo, elaborado en colaboración con el Instituto de Tecnología Cerámica,
se detallan las actividades de los centros tecnológicos más relevantes de la
Comunidad Valenciana así como las proyectos que se están llevando a cabo en los
mismos a través de unas fichas tecnológicas.
Centro Tecnológicos más relevantes
RENAC
En la Comunidad Valenciana, un actor que está desarrollando una actividad muy
importante en la aplicación de nanotecnologías a la construcción y el hábitat es
RENAC, Red para la aplicación de nanotecnologías en materiales y productos para
la construcción y el hábitat.
RENAC surge como respuesta a la necesidad de investigación, desarrollo y
explotación de los beneficios comerciales, sociales y competitivos
Nanotecnología
puede aportar a los sectores
que la
de materiales tradicionales
involucrados en la construcción y el hábitat (madera, hormigón, piedra, metal,
cerámica, plástico).
Por ello, gracias al apoyo de la Consellería de Industria, Comercio y Turismo de la
Comunidad Valenciana, un grupo de Institutos Tecnológicos representativos del
sector (AIDICO, AIDIMA, AIDO, AIMME, AIMPLAS y el ITC), pertenecientes a REDIT
(Red de Institutos Tecnológicos de la Comunidad Valenciana), y el Instituto de
93
Ciencia de los Materiales de la Universidad de Valencia consideraron oportuno la
creación de la Red en el año 2005.
Actualmente cuenta con 18 socios; entre ellos, 8 institutos tecnológicos
pertenecientes a REDIT: se han incorporado el ITE y AITEX y 10 grupos de
investigación de relevante prestigio en investigación de nanotecnologías
pertenecientes a las Universidades de la Comunidad Valenciana.
Figura 22.- Matriz ciencia-tecnología-industria de los campos de conocimiento abarcados
(Fuente: http://www.nano-renac.com)
El objetivo principal es desarrollar una plataforma científica y tecnológica sostenible,
capaz de integrar los esfuerzos de investigación en Nanotecnología en el campo de
la construcción y el hábitat, generando la masa crítica necesaria para ser
competitivos a nivel nacional e internacional y permitiendo una optimización de los
94
recursos económicos disponibles.
RENAC está estructurada en dos comités, uno científico y otro tecnológico. Cada
uno de ellos coordina las actividades realizadas por los diferentes grupos de trabajo
en las líneas tanto de investigación como de detección de oportunidades
industriales.
Figura 23.- Esquema de estructura de RENAC
(Fuente: http://www.nano-renac.com)
Se ha definido un plan de acciones coordinadas de investigación focalizado en 14
líneas estratégicas:
1. Resistencia al fuego de materiales de matriz polimérica
2. Mejora de propiedades tribológicas de nanocomposites de matriz polimérica
95
3. R e c u b r i m i e n t o s N a n o e s t r u c t u r a d o s : c o m p o s i t e s c e r á m i c o s y
metalcerámicos.
4. Sistemas de encapsulación/liberación controlada
5. Sistemas sensores (T, pH) detección de fallo estructura, corrosión
6. Polímeros inteligentes (cambio de fase o volumen)
7. Polímeros conductores
8. Recubrimientos Fotocatalílicos
9. Materiales y dispositivos fotovoltaicos
10. Consolidantes de piedra natural como nanocargas
11. Funcionalización y modificación de superficies
12. Nanopigmentos funcionales
13. Nanomateriales en matrices cementantes.
14. Equipamiento de Nanotecnología en RENAC
En cuanto a recursos, RENAC dispone de un capital humano de 120 científicos, 70
de ellos doctores, trabajando en las distintas áreas relacionadas. Para ello, RENAC
cuenta con un importante número de laboratorios equipados con alta tecnología
específica para el estudio y aplicación de la nanotecnología en materiales de
construcción y el hábitat repartidos entre los distintos centros tecnológicos y
universidades:
Laboratorios para procesado nanoestructural
Laboratorio de síntesis y caracterización de nanopartículas.
Laboratorio de síntesis y caracterización de geopolímeros y materiales híbridos.
Laboratorio de nanomateriales.
Laboratorio de extrusión de nanofibras; recubrimientos y laminados.
Laboratorios para caracterización de nanoestructuras
Laboratorios de caracterización y microanálisis de microestructuras.
Laboratorios de Análisis Instrumental.
Laboratorios Láser.
Laboratorios de Análisis Térmico.
96
Laboratorios de microscopía óptica y electrónica.
Laboratorios de difracción y plasma.
Laboratorios de caracterización óptica
Laboratorio de diseño e ingeniería óptica.
Laboratorio de fotometría.
Laboratorio de análisis de imagen y visión artificial.
Laboratorios de procesado y caracterización de materiales
Laboratorio de ensayos de corrosión y recubrimientos.
Laboratorios de caracterización físico-mecánicos y químicos.
Plantas piloto.
Laboratorios de durabilidad.
Laboratorio de muestras metalográficas.
Laboratorio de caracterización mecánica y térmica de materiales plásticos.
Laboratorio de transformación y proceso de termoplásticos
97
Instituto Tecnológico del Embalaje, Transporte y Logística (ITENE) de la
Comunitat Valenciana
Para el desarrollo de sus actividades en el ámbito de la Nanotecnología ITENE
cuenta con las siguientes capacidades en sus instalaciones:
- Laboratorio de desarrollo de nano-aditivos, para la investigación de nuevos
desarrollos.
- Planta piloto para el desarrollo de nano-aditivos, y el desarrollo de procedimientos
a escala semi-indutrial. Aplicación de pre-tratamientos, obtención de nano – adtivos,
y aplicación de post-tratamientos.
- Laboratorio de preparación de mezclas de polímeros y nanoaditivos (Equipamiento
Escala Laboratorio), para la investigación en materiales compuestos.
- Planta piloto para el desarrollo de materiales compuestos basados en distintas
matrices poliméricas, y para diversas aplicaciones (Equipamiento escala Planta
Piloto).
Dentro del marco de las actividades relacionadas con la Nanotecnología, ITENE ha
estado trabajando dos áreas temáticas principalmente. En primer lugar, se ha
trabajado en el desarrollo de nano-aditivos procedentes de materias primas
inorgánicas, como es el caso de las nano-arcillas, y por otro lado, se ha investigado
en el desarrollo de nano-refuerzos, obtenidos a partir de materias primas orgánicas,
como es el caso de la celulosa. Para ello ha sido necesario el desarrollo y
generación de conocimiento que se describe a continuación:
• Desarrollo de métodos de modificación superficial a medida según matrices
poliméricas. Optimización de interacciones de modificadores con las matrices
poliméricas seleccionadas.
• Optimización de los procesos de purificación y estabilización de nanorefuerzos.
Control de la distribución de los tamaños de nanopartículas.
• Optimización de los parámetros de dispersión de nanorefuerzos en matrices
poliméricas por extrusión. Ajuste de configuraciones de husillos segmentados,
secuencia de adición y variables de procesado.
98
• Evaluación de resultados y modelización de comportamiento mediante modelos
teóricos.
Centro de Nanotecnologías Aplicadas CNA Fundación de la Comunitat
Valenciana
Recientemente se ha constituido el “Centro de Nanotecnologías Aplicadas CNA
Fundación de la Comunitat Valenciana”, entidad promovida desde RENAC para
consolidar la cooperación existente entre sus miembros.
Sus fines son impulsar el desarrollo científico, tecnológico e industrial de la
Comunidad Valenciana en el campo de los nanomateriales y las nanotecnolgías,
favoreciendo la coordinación de las actividades de los agentes del sistema cienciatecnología-empresa en esta materia, así como promover la creación de
infraestructuras científicas y tecnológicas y el desarrollo de proyectos de I+D+I, sin
olvidar la transferencia y difusión tecnológica en el campo de los nanomateriales y
las nanotecnologías.
En este momento los patronos de la Fundación son cuatro Institutos Tecnológicos
de la Comunidad Valenciana, y está previsto que en breve se incorporen a la misma
la mayoría de los restantes Institutos Tecnológicos de REDIT y grupos de
investigación en este campo de las universidades de la Comunidad Valenciana.
99
Fichas Tecnológicas
La información volcada en estas fichas no es exhaustiva sino que pretende dar una
muestra lo más extensa posible de materiales, procesos y tecnologías que han sido
fruto de la investigación realizada por los diferentes agentes de I+D+i de la
Comunidad Valenciana en materia de Nanotecnología durante los últimos años.
Las fichas se han estructurado en un título que pretende sintetizar y dar una idea de
lo comentado, un resumen que describe dicho título, en algún caso una imagen
relacionada y, por último, enlaces de donde se ha obtenido la información y en los
que puede ampliarse la misma.
Fuentes:
http://invenes.oepm.es
http://www.youtube.com/watch?v=9KTDz-ZisZ0
http://www.youtube.com/watch?v=jUh1gHG2jns
http://grinding.be/2008/11/06/tiny-backpacks-for-cells/
100
NANOETIQUETAS DE SEGURIDAD ÓPTICA PARA EVITAR FALSIFICACIONES
Investigadores del Centro de Tecnología Nanofotónica (CTN) de la Universidad Politécnica de Valencia
(UPV) han desarrollado un sistema de nanoetiquetas de seguridad óptica a partir de metamateriales
fotónicos con el objetivo de evitar falsificaciones.
Una etiqueta óptica consiste en un minúsculo objeto que se inserta de forma casi imperceptible en
artículos en los cuales se quiere asegurar su autenticidad, tales como billetes o documentos de
identificación como el DNI. Esta nueva tecnología mejora la existente en garantía de fiabilidad, cosa
no garantizada con las fabricadas actualmente.
La aplicación de estas nanoetiquetas potencia su eficacia cuando se aplican a objetos de alto valor
como pueden ser piezas de arte, joyas, complementos de alta costura, etc.
La innovación radica en el método desarrollado para implementar un elemento de seguridad óptica
formado por una o varias capas estructuradas de metamateriales, de forma que su respuesta óptica
a la luz incidente permita verificar la autenticidad del objeto que lo contiene.
Figura 24. Esquema meta-atomos que forman marca de seguridad
(Fuente: Revista Applied Phisics letters)
La gran dificultad en la reproducibilidad de estas etiquetas es tanto de origen físico como tecnológico.
Concretamente radica en la enorme dificultad de fabricar un metamaterial con magnetismo a esas
frecuencias. Es necesario el uso de herramientas de nanofabricación muy avanzadas.
Su identificación es posible a partir de los espectros de transmisión/reflexión del metamaterial. La
única forma para producir la respuesta deseada es conseguir la misma actividad magnética, por lo
que no se podría mimetizar o falsificar la respuesta mediante el uso de estructuras alternativas,
101
confiriendo un alto grado de protección al objeto sobre el que se aplique la estructura.
La etiqueta definitiva consiste en un conjunto de agrupaciones de nanoestructuras metálicas muy
pequeñas, cada una de ellas de dimensiones cercanas a los 100 nanometros.
Según los inventores, el elevado nivel tecnológico de este sistema de seguridad va en contraposición
al coste final del mismo, ya que dichas etiquetas pueden fabricarse de forma masiva a precios muy
competitivos, así como los sistemas de lectura e identificación.
Fuentes:
http://www.ntc.upv.es/noticias/docs/2oct2009.pdf
http://scitation.aip.org/getpdf/servlet/GetPDFServlet?filetype=pdf&id=APPLAB000094000025251106000001&idtype=cvips
102
TINTAS PARA LA DECORACIÓN DE ARTÍCULOS DE CERÁMICA Y VIDRIO MEDIANTE TECNOLOGÍA INKJET
El campo de las tintas inorgánicas para decoración cerámica es una de las líneas de investigación en
la que mayor esfuerzo económico y humano se está realizando en los últimos años, especialmente
desde las empresas y centros de investigación más vinculados al sector cerámico. A nivel
tecnológico, puede encontrarse referencias de patentes en este campo que datan del año 1984,
aunque no será hasta esta última década cuando se impulse de forma definitiva este tipo de
tecnología decorativa. Esta tecnología ha supuesto una revolución del sector cerámico a nivel mundial
y ha sido posible gracias al esfuerzo de empresas e investigadores de la Comunidad Valenciana,
siendo pioneros tanto en el desarrollo de las tecnologías de aplicación como en el desarrollo de las
tintas necesarias.
Una de las empresas pioneras en este campo de la tecnología fue FERRO SPAIN S.A. quien, entre
otras innovaciones patentadas en este campo, se destaca el desarrollado una tinta amarilla
especialmente indicada para la decoración mediante tecnologías decorativas de chorro de tinta de
artículos de cerámica y vidrio. Este producto ha sido patentado (ES2209634), recibiendo la concesión
de dicha patente el pasado 29 de abril de 2005. Según dicha patente, la tinta está compuesta por un
óxido de titanio de tamaño coloidal (10-50 nm.) además de otros componentes adicionales. Como
consecuencia, el colorante se genera in situ sobre la misma pieza.
El condicionante que ha llevado al uso de la nanotecnología como solución del problema ha sido las
dificultades de obtención de la tonalidad amarilla, la cual si bien se obtiene con partículas de tamaño
comprendido entre 0,2 y 2 micras, no resultan efectivas desde el punto de vista de la estabilidad por
sufrir sedimentaciones, ni tampoco por el excesivo tamaño de partícula que genera abrasiones en los
inyectores cuando se quiere ir a tamaños de diámetro de boquillas inferiores cara a obtener una
mayor resolución en los trabajos. Además de FERRO SPAIN S.A. existen otras empresas con
formulaciones de tintas cerámicas de tamaño nanométrico como es el caso de TORRECID, S.A.
(ES2257957).
Es imprescindible en este campo destacar el excelente trabajo en colaboración desarrollado entre
estas empresas y los fabricantes de la tecnología adecuada para la deposición de tintas. Entre todas
sobresale la empresa KERAJET S.A., fundada en Villarreal con el único objetivo de crear una
tecnología capaz de adaptar este tipo de tintas al proceso cerámico y que tras largos años de
sufrimiento ha conseguido exportar su tecnología a los cinco continentes, contando en la actualidad
con delegaciones en Europa y Asia.
Las empresas más importantes del sector de fritas, esmaltes y colorantes tienen alguna línea de
trabajo en este sentido, siendo de los sectores más innovadoras en aplicarlas a escala industrial.
Fuentes:
http://www.kerajet.com/
103
PIGMENTOS MAGENTA BASADOS EN NANOPARTICULAS DE ORO
A diferencia de la anterior ficha, la presente innovación hace referencia a un pigmento y no a una tinta.
Concretamente corresponde al campo de los pigmentos cerámicos empleados en la decoración de
vidriados, vidrios y cerámicas, que requieren un tratamiento térmico a elevada temperatura
(1100-1200ºC).
Las técnicas actuales de fabricación de pigmentos cerámicos para la decoración en la industria
cerámica y vidriera se divide en un número elevado de etapas y presenta ciertos inconvenientes como
la necesitad de tratar a elevada temperatura (superior a 600ºC). Ello ha ocasionado que hasta el
momento no existían pigmentos rojo-púrpura para este tipo de aplicaciones.
Investigadores del Instituto de Tecnología Cerámica de Castellón han ideado y patentado
(ES2322840) un método de fabricación de nanomateriales que permite la obtención de pigmentos
púrpura, siendo la ventaja principal la eliminación de la etapa de cocción a 600-1000ºC en el proceso
de síntesis del pigmento y la posibilidad de ajustar el tamaño de las nanopartículas de oro utilizadas.
Destaca su elevado poder colorante y su estabilidad, que permite su aplicación en aquellos
productos susceptibles de tratamientos a altas temperaturas, como baldosas cerámicas o vidrios.
Las nanopartículas se obtienen a partir de una disolución de iones de Au. La adición de un agente
reductor (sulfitos, borohidruros o ácidos orgánicos reductores) a la suspensión favorece la formación
de nanopartículas de oro metálico. Una vez obtenida la suspensión se añade el material protector en
forma de suspensiones coloidales. De esta forma, las partículas quedan dispersas en una matriz de
material protector (óxidos y/o oxihidróxidos). Finalmente se somete a una proceso de secado para
eliminarla fase líquida y favorecer la unión entre las nanopartículas y la matriz protectora.
Figura 25. Muestra de esmaltes obtenidos con diferentes óxidos encapsulantes
Fuentes:
http://www.itc.uji.es/
104
TEJA CON RECUBRIMIENTO NANOESTRUCTURADO AUTOLIMPIABLE
Como es bien conocido, las tejas son piezas cerámicas de geometrías más o menos complejas,
obtenidas mediante procesos de extrusión, y son empleadas para el recubrimiento de tejados de
casas y edificios.
Figura 26: Teja cerámica y colocación sobre techo de vivienda Fuente: LA ESCANDELLA
Un problema que frecuentemente tienen dichos materiales es la acumulación de suciedad y
colonización por bacterias, algas y/o líquenes, deteriorando su aspecto estético y funcional. Con la
intención de evitar o minimizar dicho problema, la empresa de tejas La Escandella ha desarrollado un
recubrimiento nanoestructurado basado en partículas de óxido de titanio, con comportamiento
hidrofílico y fotocatalítico. Ambos efectos son los responsables de las propiedades autolimpiables de
la superficie sobre la que se aplica, en este caso la teja cerámica.
El principal componente de dicha aplicación es óxido de titanio, conocido ampliamente por su
actividad fotocatálitica. La fotocatálisis consiste en la activación de un semiconductor, en este caso el
TiO , con radiación ultravioleta de energía suficiente para permitir el salto de un electrón de la banda
2
de valencia a la de conducción. En contacto con agua, por ejmplo la humedad ambiental, se
generan en la superficie especies muy reactivas (iones hidroxilo) capaces de reaccionar y degradar los
compuestos orgánicos que se depositan sobre la misma, manteniéndola limpia y evitando la
proliferación de bacterias, algas o líquenes.
El producto cerámico final se obtiene mediante el proceso tradicional. Las piezas extrudidas,
esmaltadas y cocidas se someten a un proceso térmico a elevada temperatura (800-1000ºC), al igual
que las tejas convencionales. El valor añadido se incorpora al aplicar sobre dichas tejas un finísimo
recubrimiento, en el rango nanométrico, sobre la superficie vitrificada mediante pulverización. Dicho
recubrimiento requiere un último tratamiento térmico a 100-200ºC. Esta innovación se encuentra
protegida bajo la patente ES2277718.
Fuentes:
http://www.hispalyt.es/notBoletin.asp?id_rep=995
www.laescandella.net
105
PROCEDIMIENTO DE OBTENCION DE FIBRAS NANOMÉTRICAS Cu/S CON PROPIEDADES
ELÉCTRICAS
La empresa Invest Plasma ha patentado recientemente un procedimiento para la obtención de fibras
nanómetricas eléctricas con alto contenido de cobre y azufre (ES2327482). Según la propia patente,
este material puede clasificarse eléctricamente como conductor o semiconductor tipo p,
dependiendo de la proporción Cu/S, lo cual puede aplicarse a diferentes materiales y usos como son
textiles, composites, dispositivos eléctricos, fotovoltaicos, sensores, etc.
Esta invención mejora los materiales existentes por obtener un material de propiedades similares a las
que se obtiene con nanofibras y nanotubos de carbono, pero cuyo proceso de fabricación no
requiere de condiciones de trabajo complejas.
Figura 27.- Microfotografía de producto obtenido Fuente: Solicitud de patente
Fuentes:
http://www.plasma.e.telefonica.net/
106
ESMALTES CERÁMICOS NANOESTRUCTURADOS MULTIFUNCIONALES
La empresa KERAFRIT S.A. ha desarrollado una tipología de esmaltes cerámicos nanoestructurados
(marca registrada NANOGLAZE®) que permite el desarrollo de esmaltes cerámicos con innumerables
propiedades funcionales.
El proceso consiste en el empleo de nanopartículas las cuales reintroducen en matrices nanoporosas
por un proceso de nucleación hetereogénea, de forma que las mismas quedan embebidas dentro de
la matriz, dispersas y ambientalmente protegidas. Una ventaja adicional es que las partículas que
conforman la matriz son componentes del propio esmalte (sepiolita), permitiendo así la aplicación del
mismo mediante el uso de técnicas tradicionales. Un ejemplo de funcionalidad obtenida ha sido la de
biocida gracias a la incorporación de nanopartículas de metales nobles como el platino.
Todos estos resultados han sido fruto del conocimiento generado dentro del marco del proyecto de I
+D+i CENIT “DOMINO: Desarrollo y Obtención de Materiales Innovadores con Nanotecnología
Orientada”.
Figura 28. Nanoglaze de Kerafrit Fuente: http://www.icmm.csic.es/eng/news/
Fuentes:
http://www.icmm.csic.es/noticias/premio_alfa_de_oro_2009.htm
http://www.observatoriotecnologicoceramico.es/itc/export/sites/default/itc/down-gallery/INFORME_CEVISA
MA_09.pdf
107
ENVASES CON PROPIEDADES BARRERA
La empresa Nanobiomatters es uno de los ejemplos más claros de empresas de la Comunidad
Valenciana que han apostado por la Nanotecnología. Dicha empresa fue creada en 2004 en Paterna y
ya tiene en propiedad al menos tres patentes en las que describe diferentes innovaciones de la mano
de los nanomateriales.
Cabe destacar entre dichas innovaciones los nanomateriales desarrollados para proporcionar
importantes mejoras en las propiedades barrera de los envases (ES2277563), permitiendo también la
liberación de sustancias activas de forma controlada.
Esto es posible gracias al uso de nanoarcillas. Nanobiomatters ha desarrollado un proceso para la
obtención de este material a partir del tratamiento adecuado de determinadas arcillas, tratamiento
que engloba procesos de disminución de tamaño, eliminación de diferentes sustancias y pretratamiento de las estructuras laminares.
Una aplicación práctica de dichos materiales es su uso en envases con propiedades barrera frente a
gases. Una adecuada dispersión y orientación de las partículas de nanoarcilla en el seno de la matriz
plástica consigue dificultar la difusión de los gases a través de dicha superficie, tanto en una como en
otra dirección, consiguiendo así preservar la calidad del producto que contiene el recipiente,
conservando así sus propiedades y aromas.
Los últimos avances en esta línea describen propiedades de bloqueo de la radiación
electromagnética infrarroja, ultravioleta y visible (ES2320617).
Figura 29. Difusión de gases a través de un polímero con y sin nanoarcillas
Fuentes:
http://www.nanobiomatters.com
USO DE NANOPARTÍCULAS FÉRRICAS PARA ELIMINACIÓN DE TUMORES
108
Tal y como se recoge en la patente ES2255831 publicada en el año 2007, uno de los campos de
mayor interés del uso de la Nanotecnología es en el sector médico. Concretamente, en esta patente
se describe el uso de nanopartículas férricas con el objetivo de eliminar células tumorales.
El principio básico en el que sustenta la invención es en la especial avidez de las células tumorales
por este tipo particular de materiales, lo cual permite desde ya hace años el obtener imágenes de
contraste en diferentes análisis de imagen utilizados en médicina con el objetivo de confirmar o
descartar diferentes diagnósticos, siendo en el caso concreto de la invención la existencia de una
zona tumoral.
Consiste en la introducción de dichas nanopartículas en el ser vivo enfermo mediante un agente de
contraste para posteriormente aplicar un campo magnético de frecuencia e intensidad controlada, de
forma que dichas nanopartículas sean atraídas por el campo magnético creado, golpeando y
destruyendo las células que se encuentran más cerca. Debido a esa especial avidez mostrada por las
células tumorales, son éstas las que se llevan la peor parte, consiguiendo su eliminación con mínimos
efectos secundarios.
Existen otras patentes en la Comunidad Valenciana cuya innovación se enmarca en el campo
médico, aunque el uso de nanomateriales tengan un papel secundario. Es el caso del uso de
nanoesferas como componente principal de un vehículo utilizado para incorporar en el mismo un
compuesto farmacéutico con propiedades inhibidoras de los procesos patológicos de apoptosis. El
centro propietario de dicha patente (ES2296484) es el Centro de Investigación Principe Felipe de
Valencia.
Figura 30. Portada de libro relacionado escrito por Julien L- Van Lancker
Fuentes:
http://www.nanobiomatters.com
109
OXIDACIÓN SELECTIVA DE ‘CO’ EN PILAS DE COMBUSTIBLE
Las pilas de combustible son actualmente el proceso más prometedor en cuanto a disfrutar de un
sistema de generación eléctrica in situ de elevada potencia, especialmente enfocado al campo de la
automoción. Su principio de funcionamiento se basa en un proceso químico cuyo resultado es la
generación de una enorme cantidad de energía y agua. Para ello es necesario disponer de oxígeno
(directamente de la atmósfera) e hidrógeno.
El H
2
es el más difícil de obtener (y almacenar), estando comúnmente contaminado de CO
procedente de la mayoría de las fuentes de obtención de este gas. El CO es perjudicial porque tiende
a contaminar los electrodos de la pila, por lo que se requiere una eliminación selectiva de este gas.
Investigadores valencianos han descubierto que cuando se utiliza como catalizador oro sobre un
soporte de nanopartículas mesoestructuradas de óxido de Cerio (CeO ) se consigue la oxidación
2
selectiva del CO a CO sin oxidar el H
2
.
2
La investigación que ha generado esta patente (ES2238172) es resultado de la investigación que se
lleva a cabo en el Instituto de Tecnología Química de la Universidad Politécnica de Valencia, donde
destaca entre sus líneas de investigación los importantes esfuerzos realizados en el campo de las
nanopartículas aplicadas a la catálisis y materiales porosos. De hecho, la titularidad de dicha patente
pertenece a dicha Universidad, apareciendo como inventor Dr. Avelino Corma Canós, investigador de
reconocido prestigio en el mundo de la investigación y que ostenta el cargo de director de dicho
centro.
Al igual que esta invención, dicho centro de investigación ha plasmado sus resultados en otras
patentes que muestran la aplicabilidad de los mismos. Un ejemplo es la patente ES 2301350,
publicada en el año 2008, donde también habla del uso de nanomateriales para la obtención de
materiales híbridos metálico-orgánico-inorgánico y su uso en catálisis.
Fuentes:
http://digital.csic.es/bitstream/10261/4621/1/2238172_B1.pdf
110
SÍNTESIS DE NANOPARTICULAS METALICAS INERTES
Esta innovación procede del Instituto Universitario de Ciencia de los Materiales de la Universidad de
Valencia y ha sido recientemente publicada por la OEPM (septiembre 2009, ES 2292375).
En dicha invención se describe un método para la obtención de nanopartículas metálicas inertes en
tan solo un paso mediante un proceso de ablación láser. El mayor reto tecnológico que salva la
presente invención es el control tanto de la forma como el tamaño de las partículas que permite el
proceso de obtención del coloide.
El uso de este tipo de materiales se extiende en multitud de sectores como son la fotografía, catálisis,
biología, optoelectrónica, etc.
Dicho Instituto Universitario se creó en el año 1995 y cuenta con un grupo de investigadores
especializados en Nanotecnología así como de un completo laboratorio láser, compuesto por
tecnologías láser de diferentes naturaleza (CO , Nd:YAG) y potencia.
2
Figura 31. Esquema del proceso de ablación e imagen de microscopía de la muestra
(Fuente: Documento de Patente. Observatorio Tecnológico Cerámico de ITC)
Fuentes:
http://www.uv.es/icmuv/c/info/index.htm
111
PROCEDIMIENTO PARA LA PREPARACIÓN DE CARBUROS NANOESTRUCTURADOS
La presente innovación es uno de los mejores ejemplos de las sinergias existentes entre los diferentes
grupos de investigación básica y aplicada de la Comunidad Valenciana que se encuentran realizando
trabajos en el campo de la Nanotecnología y que se materializa en RENAC (Red para la Aplicación de
Nanotecnologías en Materiales y Productos para la Construcción y el Hábitat).
Fruto de dicha colaboración se ha generado la patente publicada recientemente (ES2322319) la cual
describe un proceso innovador para la preparación de carburos nanoestructurados, concretamente
de carburos de un metal de transición de los grupos (IV), (V) y (VI).
Dicho procedimiento permite obtener carburos metálicos con un tamaño de partícula nanométrico
que pueden emplearse en la preparación de carburos cementados, los cuales se aplican en
determinadas piezas de herramientas sometidas a abrasión, componentes de maquinaria y moldes,
así como para producir recubrimientos protectores de otros materiales sometidos a condiciones
severas de desgaste, corrosión o temperatura.
El proceso patentado se basa en la carburización de un precursor sólido obtenido por liofilización de
una disolución del metal de interés empleando un gas adecuado a temperaturas elevadas.
La mejora de la dureza y resistencia al desgaste que se obtiene es muy significativa, permitiendo
obtener materiales de recambio para herramientas (brocas, sierras, muelas de pulido, etc.) de una
calidad excepcional.
Figura 32. Micrografías de carburos de molibdeno (A) y vanadio (B)
Fuentes:
http://www.plataformasinc.es/index.php/esl/Noticias/Patentan-nuevos-nanomateriales-que-perfeccionan-maq
uinas-y-herramientas
112
PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE NANOCOMPOSITES
Uno de los campos en los que la Nanotecnología ofrece un mayor futuro es en el de los
nanocomposites. Recibe el nombre de composite la mezcla de sustancias orgánicas e inorgánicas en
busca de un compuesto de propiedades intermedias deseadas. Se matiza con el préfijo nanocuando se refiere al tamaño nanométrico que presenta alguno de dichos componentes, bien sea el
orgánico, inorgánico o ambos.
En los últimos años han aparecido un número creciente de artículos y patentes relacionados con
nanocomposites y nanoestructuras sofisticadas enfocados a la síntesis o a una aplicación específica
de los mismos. Este alto interés deriva de las propiedades únicas de estos compuestos unido a la
importancia que adquieren las fuerzas interfaciales y la química de superficie a medida que disminuye
el tamaño de la fase dispersada hasta llegar a escalas nanométricas.
Se puede alcanzar propiedades mecánicas, adhesivas, cohesivas, eléctricas, ópticas, fotoquímicas,
catalíticas, magnéticas y un largo etcétera, las cuales no presentan los materiales por separado.
La Asociación de las Industrias de la Construcción (AIDICO) ha patentado recientemente (2008) un
proceso innovador para la fabricación de este tipo de nanocomposites (ES2274731). Dicho centro ha
desarrollado un proceso sol-gel modificado, partiendo de un aluminosilicato en polvo del tipo
metacaolín de gran reactividad lo cual permite la formación de un nanocomposite completamente
homogéneo, a diferencia de anteriores procedimientos, donde la interpenetración no era completa
con la consecuente incontinuidad de las propiedades del nanomaterial obtenido.
AIDICO es reponsable dentro de RENAC de la linea de investigación sobre nanomatyeriales que lleva
como título “Nanomateriales en matrices cementantes”.
Fuentes:
http://www.nano-renac.com/corporativa.php?Ididioma=0&IdContenido=124
113
CÉLULAS SOLARES FOTOELECTROQUÍMICAS
Uno de los grandes retos de nuestra sociedad es encontrar vías alternativas a los combustibles
fósiles como fuente de energía, y una de las más importantes es la transformación directa de la
energía solar en energía eléctrica. Las células solares de Silicio cristalino supusieron un gran
descubrimiento en su día pero resulta insuficiente debido a la baja disponibilidad de esta materia
prima lo cual se traduce en un coste muy por encima de las fuentes convencionales, justificándose
económicamente su aplicación tan solo en condiciones muy particulares (falta de cableado eléctrico).
Pero ésta no es la única vía para la obtención directa de energía eléctrica. En 1991 Grätzel demostró
que se podía fabricar células solares fotovoltaicas electroquímicas de alta eficiencia y bajo coste,
concretamente mediante un electrolito cuyo material activo son nanopartículas de TiO que generan
2
la fotocorriente. A raíz de dicha demostración se han abierto líneas de investigación en centros de
todo el mundo con el objetivo de optimizar dicho resultado. Uno de dichos centros es el Instituto de
Ciencia de los Materiales (ICMM) de la Universidad Politécnica de Valencia, el cual patentó en e2007
parte de los resultados de su investigación en esta línea mediante la innovación descubierta en el
proceso de fabricación de unas células solares especiales basadas en esponjas fotónicas.
Una esponja fotónica es una configuración especial en la que las nanopartículas se disponen
alrededor de cavidades vacías micrométricas de diferentes tamaños que están distribuidas
completamente al azar.
La mejora que introducen es diseñar una nueva configuración que permite generar electrones y
huecos de una forma mucho más eficiente y con ello un mayor rendimiento del sistema.
Concretamente, y como puede verse en la Figura 22, se multiplica por cinco la potencia generada.
Dicho resultado no sería posible sin el uso de nanopartículas de diferentes óxidos.
Figura 33. “Esponja Fotónica! (izquierda) y Comparativa estándar (A) con patentada (B)
Fuentes:
http://www.nature.com/nature/journal/v353/n6346/abs/353737a0.html
114
HILATURA DE FIBRAS "ISLAS EN EL MAR" Y "FRAGMENTADAS" COMO PRECURSOR PARA LA OBTENCIÓN DE NANOFIBRAS CON APLICACIÓN EN TEXTILES PARA EL HOGAR,
DECORACIÓN Y TEXTILES TÉCNICOS.
AITEX (Instituto Tecnológico Textil)
Objetivo
Iniciar la investigación del proceso de extrusión de fibras bicompuestas (formadas por dos tipos de
polímeros de naturaleza diferente) dirigido a desarrollar nuevas fibras “híbridas” con nuevas
propiedades para aplicaciones técnicas. La ejecución de este proyecto implica acometer una
pormenorizada investigación de la tecnología de extrusión simultánea con dos polímeros.
El proyecto se centra en dos tipos de fibras bicompuestas con un gran potencial de aplicación tanto
en el sector de la indumentaria y el hogar como en aplicaciones técnicas concretas. Las fibras
segmentadas conocidas como “segmented pie o cartwheel” cuya sección transversal es similar a
gajos de naranja, permite trabajar con dos tipos de polímero de forma que uno de ellos pueda
solubilizarse, preferentemente en medio acuoso o en medio disolvente, creando una nueva sección
en forma de estrella con aplicaciones fundamentalmente en el campo de la limpieza industrial o
donde se requiera una gran área superficial de contacto entre la fibra y el medio.
Por otra parte la posibilidad de trabajar con fibras islas en el mar, es decir, aquellas formadas por
finísimas fibrillas rodeadas de una matriz polimérica soluble en agua que permitirá obtener nanofibras
muy apreciadas tanto en el sector de indumentaria y hogar (confort) como en determinadas
aplicaciones técnicas como la filtración.
Resultados
Nuevas fibras con propiedades y funcionalidades diversas para diferentes aplicaciones:
•
•
•
•
Funciones mecánicas como resistencia, elasticidad, refuerzo.
Funciones de intercambio como aislamiento y conductividad térmica o eléctrica, absorción
de líquidos, filtración, drenaje, impermeabilidad o transpirabilidad.
Funciones de protección térmica, química, mecánica, antiestática, fuego, radiaciones, NBQ,
alta visibilidad, etc.
Funciones biológicas de biocompatibilidad, antimicroorganismos o biodegradabilidad.
115
INVESTIGACIÓN DE LA MODIFICACIÓN DE FIBRAS DE POLIPROPILENO POR ADICIÓN DE
NANOARCILLAS (NANOCOMPUESTOS DE BASE ARCILLA)
Objetivos
Obtención de fibras de polipropileno modificadas mediante aditivación de nanoarcillas. Estas fibras
presentarán unas propiedades mecánicas y térmicas significativamente mejoradas con respecto a las
fibras de polipropileno convencionales.
La iniciativa tiene como fin último aumentar la competitividad de las empresas del subsector de hilatura. El desarrollo de nuevos productos es una de las herramientas a disposición de la empresa para
situar sus productos en nichos de mercado no contemplados en la actualidad.
Resultados
Se han obtenido prototipos de fibras textiles de PP-nanoarcilla con propiedades mecánicas y térmicas mejoradas. Además, se ha realizado un extenso estudio que ha abarcado los siguientes puntos:
Polipropileno: Naturaleza química, proceso de síntesis, grados comerciales, técnicas de caracterización, proveedores, aplicaciones textiles.
Nanoarcillas: Naturaleza química, clasificación, técnicas de caracterización, síntesis de organoarcillas,
proveedores.
Compatibilizante nanoarcilla-PP: Naturaleza química, clasificación, técnicas de caracterización, copolimerización de anhídrido maleico, proveedores.
Preparación de compuestos PP-nanoarcilla: requerimientos tecnológicos, formulaciones, mecanismos de interacción PP-nanoarcilla, técnicas de caracterización.
Fibras de PP-nanoarcilla: requerimientos tecnológicos, técnicas de caracterización, aplicaciones.
Socios
UPV-ITM (EPSA)
116
DESARROLLO DE MATERIALES DE ALTA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA MEDIANTE LA
ADICIÓN DE NANOPARTÍCULAS.
Objetivos
Desarrollo de polímeros conductores mediante la adición de nanocargas conductoras, en proporciones tales que se minimice el porcentaje en volumen de cada uno para alcanzar el grado de percolación que maximice la conductividad superficial
Especificamente en lo que al sector textil se refiere, el objetivo es el desarrollo de hilos y fibras textiles
funcionales de polímero termoplástico que contengan nanopartículas metálicas, asegurando de este
modo mejores propiedades físicas, (especialmente conductoras, higiénicas y de uso) respecto de los
convencionales, para aplicaciones médicas, terapéuticas, técnicas y de indumentaria convencional y
deportiva.
Esta actuación pretende valorar la aplicabilidad de la nanotecnología para la mejora de las propiedades intrínsecas de las fibras textiles principalmente poliolefínicas (PP) por adición de nanopartículas
metálicas, pudiendo de este modo ampliar su campo de aplicación a otros usos finales impensables
en la actualidad por requerir de especificaciones técnico-cualitativas elevadas en cuanto a propiedades de comportamiento antibacteriano, antiestático, conductor ó térmico.
Socios:
AIMPLAS, AIDIMA, AIDICO, ITE, UPV
117
I+D NUEVOS NANOSISTEMAS PARA LA LIBERACIÓN CONTROLADA DE BIOCIDAS DE INTERÉS EN DIVERSOS MATERIALES.
Objetivos
Preparación de nanosistemas para la liberación controlada de biocidas, de manera que se aumente
en gran medida la eficiencia de estos productos, pudiendo controlar la liberación de la sustancia activa una vez se haya producido el ataque de los organismos biológicos. Asimismo, y dada la similitud
en el proceso tecnológico de la liberación controlada, también se analizará la encapsulación de sustancias odorizantes para su liberación posterior como respuesta a un estímulo externo.
Resultados
Los productos resultantes, para cada uno de lo sectores implicados en el proyecto, son totalmente
novedosos e inexistentes hasta ahora en el mercado. Se trata de morteros, cerámicas, maderas, pinturas, barnices y fibras textiles, de uso en exterior y con biocidas, a escala nanomolecular y por tanto
de alta eficiencia, y que además estarán encapsulados de modo que se produzca una liberación controlada de los nanobiocidas
También se obtendrán productos de alto valor añadido, en los que se producirá la liberación controlada de sustancias odorizantes como respuesta a un estímulo eléctrico, ultravioleta
Socios
AIDIMA, AIDICO, AICE, UPV, UV
118
PREPARACIÓN NUEVAS SUSTANCIAS COLOREADAS (NANOPIGMENTOS) POR INCORPORACIÓN ESCALA NANOMÉTRICA COLORANTES EN ESTRUCTURA INORGÁNICA
Objetivos
Desarrollo de una nueva familia de cargas coloreadas de altas prestaciones, los nanopigmentos, con
múltiples aplicaciones en el campo de los recubrimientos, aunque en el proyecto se investigarán varias aplicaciones muy concretas para los sectores de construcción y textil: recubrimientos de fibras
textiles yrevestimientos de construcción.
Resultados
Desarrollar materiales híbridos coloreados y respetuosos con el medio ambiente, denominados nanopigmentos, de aplicación en recubrimientos poliméricos de alto valor añadido, que presenten las siguientes características generales:
•
Alta intensidad de color.
•
Estabilidad frente a luz UV, temperatura, humedad, oxígeno.
•
Buena dispersabilidad en matrices poliméricas tanto en base solvente como agua.
•
Resistencia a la migración del colorante (alta adherencia en la interfase carga-matriz).
•
Propiedades como carga de refuerzo.
Avanzar en el conocimiento de los procedimientos de anclaje de colorantes (mediante interacciones
electrostáticas o enlaces covalentes) en la mesoporosa o interlaminar su caso, de distintos soportes
inorgánicos tipo arcillas laminares (esmectitas), hidrotalcitas, sólidos mesoporosos, zeolitas y nanopartículas de sílice.
Avanzar en el conocimiento de las propiedades en la interfase matriz-carga determinarán la procesabilidad y estabilidad del recubrimiento lo que afectará a las prestaciones finales (estabilidad, durabilidad, propiedades mecánicas).
Revestimientos poliméricos coloreados y de refuerzo para fibras textiles.
Socios
AIDICO, UPV-GDDS, GPCMP
119
DESARROLLO DE NANO-ADITIVOS PROCEDENTES DE MATERIAS PRIMAS INORGÁNICAS.
ITENE (Instituto Tecnológico del embalaje, transporte y logística)
Objetivos
Obtención de nano-aditivos a medida para distintas aplicaciones. El uso principal de los mismos es
para la preparación de materiales nanocompuestos mediante procesos de mezcla en fundido. Para
ello se han realizado modificaciones químicas sobre las materias primas para conseguir buena interacción entre la matriz polimérica y el nano-aditivo desarrollado.
Resultados
Concretamente, en esta línea de trabajo, se ha avanzado en el desarrollo de nano-arcillas, para su
aplicación en materiales de envase. Además, el trabajo se ha dirigido tanto a polímeros convencionales provenientes de fuentes fósiles, como a polímeros biodegradables, provenientes de fuentes renovables. Al final del documento se detallan los proyectos en los que se ha participado dentro de esta
línea de trajo.
DESARROLLO DE NANO-REFUERZOS PROVENIENTES DE DISTINTAS FUENTES DE CELULOSA.
ITENE (Instituto Tecnológico del embalaje, transporte y logística)
Objetivo:
Obtención de nano-aditivos procedentes de celulosa para el refuerzo de matrices poliméricas, fundamentalmente biopolímeros. Para ello, se han desarrollado métodos de obtención de los nano-aditivos partiendo de diferentes fuentes de celulosa, y optimizando los procedimientos hasta obtener una
dispersión de tamaño de partícula del orden de los nanómetros. Concretamente, en esta línea de trabajo, se ha avanzado en el desarrollo de nano-aditivos de celulosa, para su aplicación en materiales
poliméricos biodegradables, para su uso en envase, principalmente.
120
Enfoque Empresarial
A través de este apartado, desarrollado en colaboración con R&MK, se pretende
identificar, en la mayor medida que sea posible las empresas que en diferentes
grados de implicación y desde diferentes perspectivas, mantienen alguna relación
con la nanotecnología, analizando su perfil y la estructura que forman.
Para la realización del presente estudio se utilizó una combinación entre la técnica
cualitativa y la cuantitativa; iniciando con un trabajo de búsqueda de información en
fuentes secundarias y continuando con la aplicación de un cuestionario dirigido a
obtener información de cada una de las empresas que manifestaron su interés en
colaborar con la investigación.
Como fuente principal de empresas asociadas con el uso de la Nanotecnología se
han utilizado distintas bases de datos así como la información arrojada por
informantes clave.
El criterio para seleccionar la fuente, estuvo basado en la posibilidad de reconocer y
filtrar aquellas empresas que corresponden con el grupo objetivo del estudio. Las
principales fuentes de información utilizadas fueron:
• Base de datos Agencia Tributaria.
• Base de datos Kompass.
• D&B Worldwide Network.
• Bureau van Dijk, SABI.
121
Además se utilizaron diferentes estudios y noticias emitidos por fuentes de
reputación contrastada.
Proceso de selección de empresas
Figura 34. Proceso de Selección de Empresas para las entrevistas
Resultados
Empresas y responsables de contestar el cuestionario
Los responsables de contestar los cuestionarios, fueron en su gran mayoría los
encargados de las áreas de I+D o los gerentes generales de las empresas que se
muestran a continuación:
Figura 35.Distribución del personal que atendieron los cuestionarios
122
Sectores en los que se aplica la nanotecnología en las empresas encuestadas
En las empresas en estudio (12), se reconocen 15 sectores en los que se aplica la
nanotecnología, en los cuales existen 27 actividades relacionadas con la misma. En
el uso de la nanotecnología, se resalta el sector de los plásticos y el de las
actividades de Investigación científica, con cuatro actividades, cada uno.
El
comparar el número de actividades de la empresa, con las actividades relacionadas
con la nanotecnología, se observa una relación de 27 a 40, que equivale al 68%.
Esto refleja que las empresas concentran gran parte de sus actividades en la
nanotecnología.
Tabla 3. Distribución de las empresas encuestadas según el sector de actividad
Aplicaciones específicas de la nanotecnología en las empresas encuestadas
Al profundizar más en las 27 actividades relacionadas con la nanotecnología, se
observa alta diversidad. Destacándose en la mayoría de los casos, salvo en 5, que la
mayoría de empleados dedicados a I+D+I, se dedican ya sea de forma exclusiva o
parcial a actividades relacionadas con la nanotecnología.
123
Tabla 4. Distribución del personal asignado por las empresas encuestadas a las diferentes actividades relacionadas con la
nanotecnología
124
Colaboración con Universidades de la Comunidad Valenciana
Analizando la colaboración con grupos de investigación de las Universidades de la
Comunidad Valenciana se concluye que la Universidad Politécnica de Valencia
destaca por colaborar con mayor número de empresas con, por lo menos, 5
proyectos diferentes. La siguen la universidad Jaume I y La Universidad de Valencia
con 3 proyectos de colaboración, cada una.
Otras instituciones educativas que
contribuyen, son el Instituto de Tecnología de Materiales y la Universidad de Alicante.
En total se encuentran un total de 13 proyectos en los que las entidades educativas
colaboran.
Fig 35. Número de Colaboraciones con la Universidad
Fig 36. Distribución de las Colaboraciones por Universidad
Financiación pública o privada para proyectos de nanotecnología
Las 10 empresas que afirman recibir financiación, lo hacen de entidades públicas.
IMPIVA es la principal entidad financiadora, con 7 de los 19 proyectos financiados.
La siguen en orden el Ministerio de Industria y el Centro para el Desarrollo
Tecnológico Industrial (CDTI), con 5 y 4 empresas financiadas, respectivamente.
Fig. 37. Número de Empresas que afirman recibir
financiación externa
Fig 38. Distribución de la financiación de los proyectos
entre los diferentes organismos
125
Objetivos de la financiación a las empresas encuestadas
Las financiaciones están dirigidas en 8 de las 10 empresas, a inversión en I+D,
siendo las dos otras financiaciones dirigidas a inversión para creación de Empresa.
En el cuadro siguiente se presentan los objetivos de la financiación que fueron
especificados por las empresas.
Fig. 39. Distribución de las ayudas recibidas por las empresas encuestadas
Tabla 5. Objetivos particulares de la financiación recibida por las empresas encuestadas
(Fuente: R&MK)
126
Empresas con patentes
De las 12 empresas encuestadas , sólo 4 han patentado desarrollos.
En dos de los casos, la empresa consideró confidencial esta información, por lo que
a continuación se presenta, la relación de las patentes que fueron suministradas, por
las otras dos:
Fig. 40. Distribución de las patentes obtenidas por las empresas encuestadas
Tabla 6. Objetivos particulares de la financiación recibida por las empresas encuestadas en las diversas patentes
(Fuente: R&MK)
127
Fichas de las Empresas
128
129
130
131
132
133
134
5
El futuro del sector
de la nanotecnología
135
Anthony Townsend
Director of Technology Development
Institute For The Future, Palo Alto,
California (EEUU)
1
A diferencia del campo de las tecnologías de la información o la biotecnología, la
nanotecnología está considerada como una ciencia fundamental de diseño que
busca explotar las propiedades únicas de estructuras nanométricas.
En la actualidad, el uso de nano-materiales en la industria está en un proceso de
introducción acelerada. Durante las próximas dos décadas, las nano-estructuras
tendrán un papel relevante en la incorporación de sensores, computación,
comunicación y capacidades mecánicas. Hacia el final de este período, la
nanotecnología revolucionará la fabricación de elementos a través de ensamblaje
molecular con un enfoque “bottom-up”.
La naturaleza multidisciplinaria de la nanotecnología transformará las organizaciones
investigadoras y las instituciones científicas, así como las industrias y empresas que
aportan las nuevas tecnologías al mercado. Algunos de los avances más
interesantes en el mundo de las nanotecnologías se darán principalmente en la
biología y en la ingeniería mecánica.
Estos nuevos materiales serán cruciales en lo que nos permite cumplir con quizás el
mayor reto del siglo XXI - la reconstrucción del mundo físico de nuestras ciudades
para apoyar la salud personal y pública, así como la del medio ambiente mundial.
136
Transformación en la Fabricación
De catalizadores al ensamblaje molecular
Una transformación histórica en el sector manufacturero, impulsado por la
nanociencia, impactará en los procesos de fabricación a lo largo de tres vías. En
primer lugar, el uso de nanomateriales como catalizadores para acelerar y optimizar
los procesos químicos, y permitir nuevos y más eficientes tipos de fabricación. Esto
reducirá los costes y mejorará la calidad, especialmente en productos intermedios
que luego serán utilizados en productos finales. En segundo lugar, las máquinas a
escala nanométrica (con componentes tanto artificiales como biológicos) crearán
nuevas capacidades de fabricación a través de la manipulación y el montaje de
pequeñas cantidades de material. En tercer lugar, en un futuro a largo plazo, el
montaje molecular por nanorobots y otros dispositivos de fabricación de pequeña
escala tendrá el potencial de afectar a las cadenas de suministro tal y como las
impresoras láser hicieron en su momento con la edición electrónica – distribuyendo
ampliamente la capacidad para fabricar rápidamente y con una relación costeefectividad muy baja, un gran conjunto de productos industriales a muy pequeña
escala.
Pequeño mundo (Small World)
De nanomateriales a los híbridos bio-mecánicos
La nanotecnología se ha convertido en un área a la que se le está prestando mucha
más atención pero realmente es la combinación de la nanotecnología y MEMS
137
(Micro-Electro-Mechanical Systems, o Sistemas Micro Electromecánicos) la que
promete ser revolucionaria. MEMS ha demostrado el valor de mezclar la detección y
la capacidad de reacción en los objetos pasivos. Por otra parte, a pesar de que las
nanomáquinas se consideran como objetos mecánicos, algunas de las posibilidades
más interesantes vendrán de los diseños que combinan componentes mecánicos y
biológicos y sus funciones. La creación de estos híbridos biomecánicos requerirá
una nueva ciencia de éste “Pequeño Mundo”. Este esfuerzo reunirá la I+D de las
ciencias más dispares y reta a las instituciones y redes existentes.
Revolución del diseño
Del diseño industrial al bricolaje (DIY=do-it-yourself, “hazlo tú mismo”)
En su esencia, la nanotecnología no es una tecnología sino una ciencia fundamental
de diseño. Como las posibilidades técnicas de diseño de objetos a partir de las
moléculas llega a ser más generalizado, las nuevas filosofías que se basan en las
nociones de aparición y evolución revolucionarán el diseño industrial. En lugar de ver
los objetos manufacturados como permanentes, terminados, los diseñadores
pueden tratarlos como ensamblajes temporales, existentes dentro de una cadena de
suministro de materiales que está en constante reciclaje. Este cambio de diseño se
producirá debido a la existencia de herramientas baratas que ayudarán al
prototipado a nanoescala, y reforzado por las presiones sociales, económicas y
ambientales para la reutilización y el reciclaje de materiales.
Ciudades Terapéuticas
De infraestructuras pasivas a entornos activos
Los principales retos mundiales del siglo XXI serán los principales motores de la
138
nanotecnología. Al integrar la producción de energía, el control de la contaminación,
y medición en los materiales de uso cotidiano, la nanotecnología ayudará a construir
el entorno de las ciudades y será una de las herramientas más útiles en la lucha
contra el calentamiento global. Las demandas continuas para mejorar la salud
médica y pública impulsará el desarrollo de interfaces neurales que aumentan las
capacidades del cuerpo así como las “ciudades terapeúticas” que poseen su propio
sistema inmunológico, capaz de detectar y destruir los agentes patógenos. Edificios
inteligentes y activos que proporcionarán un flujo constante de datos medidos que
une causa y efecto en muchos aspectos - personal, familiar, comunidad, ciudad y de
la salud del planeta.
Liberación de la Energía
De la escasez a la abundancia?
El principal desafío, y la mayor oportunidad económica, de las próximas décadas
será encontrar nuevas formas de suministro de energía libre de carbono para un
crecimiento y desarrollo de la población humana. La nanotecnología tendrá grandes
implicaciones para los sistemas de energía provocando cambios notables en la
producción y el almacenamiento. Algunas aplicaciones recientes incluyen las células
solares más eficientes fabricadas químicamente a partir de los nanomateriales,
supercondensadores para almacenamiento temporal de energía en las redes
inteligentes, y mejores células de combustible de hidrógeno. Si bien sigue siendo un
comodín, la nanotecnología tiene el potencial de desbloquear virtualmente los
suministros ilimitados de energía.
139
Barreras tecnológicas clave
Para aprovechar estas oportunidades se requieren avances científicos y de ingeniería
en tres áreas clave:
Torneando materiales en las máquinas - los éxitos de ingeniería de MEMS
(Micro-Electro-Mecánicos) deberán ser aplicados a escala nanométrica para
transformar nanodispositivos pasivos en activos y con inteligencia propia. No nos
referimos al campo de la robótica, sino a la sensibilidad y capacidad de respuesta en
cosas que ya existen.
Herramientas para el trabajo a nanoescala - la manipulación de átomos y
moléculas individuales requerirá el desarrollo de una amplia gama de herramientas
para la investigación, el desarrollo y la producción masiva. Técnicas ópticas,
magnéticas y biológicas, prometen una mejora rápida tanto en la fabricación de
herramientas específicas como generales.
La producción a nanoescala – la producción a escala industrial de los
nanomateriales y nanodispositivos es lenta, costosa e ineficiente. Para tener un
mayor impacto en las cadenas de suministro y en las aplicaciones finales, son
necesarios procesos de producción más eficientes y confiables para producir
componentes en escalas nanométricas.
140
141
142
6
Conclusiones y
recomendaciones
143
España está en una encrucijada. Los modelos de crecimiento de los últimos veinte
años se rompen, y no está claro qué se va a hacer para reemplazarlos. Al centrarse
en el estado actual de la investigación y desarrollo en nanotecnología, este informe
constituye un punto de partida para entender cómo esta base tecnológica se puede
aprovechar para regenerar la capacidad industrial de la Comunidad Valenciana. En el
capítulo 2 y el capítulo 3 se describieron los panoramas mundial y nacional en
nanotecnología. El capítulo 4 ofreció tentadoras sugerencias de cómo la
investigación en nanotecnología que se realiza en la Comunidad puede producir
tanto nuevas industrias para la exportación como transformar el tipo de productos
producidos por las industrias ya consolidadas.
El desafío para la Comunidad Valenciana es muy claro - ¿Cómo la capacidad en I
+D en nanotecnología puede aún siendo pequeña pero con un crecimiento
acelerado y de alta calidad, ser una influencia importante para contribuir a
reinventar la capacidad de fabricación regional? Según Lux Research, la
nanotecnología representará el 15 por ciento del valor agregado mundial en el sector
de producción en 2014. La falta de integración de estas tecnologías limitará
severamente las oportunidades de futuro para los fabricantes de la región. Sin
embargo, es insuficiente la financiación regional
frente a la fuerte apuesta en
financiación de I+D en nanotecnología a nivel internacional lo que sugiere que la
Comunidad Valenciana deberá reflexionar sobre éste aspecto y actuar por sí misma.
Según la Comisión Europea, en 2004, España gastó sólo 1 euro en investigación en
nanotecnología por cada 13 euros gastados ,por ejemplo, en Corea del Sur.
Dilemas Estratégicos
Hasta la fecha, las oportunidades de desarrollo de la nanotecnología en la
Comunidad Valenciana han sido limitados. Sin embargo, la región tiene la
oportunidad de un futuro potencial mucho mayor, como se describe en el capítulo 5.
144
Mientras que en la actualidad, la nanotecnología ofrece mejoras incrementales en
eficiencia y capacidad, es previsible que en los próximos 20 años se producirán
grandes cambios.
Hacer que parte de ese futuro suceda en la Comunidad Valenciana no será fácil,
pero tampoco será imposible. Se requerirá la participación de todos los agentes
disponibles dispuestos a enfrentarse a varios dilemas estratégicos que surgen tanto
de los esfuerzos para desarrollar nuevas industrias en torno a la nanotecnología
como de reinventar una parte de las industrias existentes.
Los dilemas son diferentes de los problemas porque no se prestan a soluciones
fáciles. Con demasiada frecuencia, las grandes organizaciones cometen el error
estratégico de la identificación de problemas, diseñar la mejor solución posible, y
luego poner el piloto automático y pasar al siguiente problema. Sin embargo, el
mundo del futuro (y de hecho hoy en día) no se caracteriza por problemas simples y
lineales, sino por situaciones que son volátiles, inciertas, cambiantes, complejas y
ambiguas.
Reconocer que la Comunidad Valenciana se enfrenta a una serie de dilemas implica
aceptar que no hay soluciones fáciles. Dichos dilemas exigen una gestión de los
mismos a largo plazo y un control y seguimiento periódico que permita reorientar la
estrategia según la evolución del entorno.
Identificamos cinco dilemas que tendrá que ser abordados en cualquier estrategia
para impulsar la nanotecnología para el crecimiento regional:
•
Acelerar la transferencia de tecnología
•
Generación de un ecosistema del conocimiento regional
•
Mantener una gran visión compartida
145
•
Alcanzar un equilibrio en el proceso de crecimiento
•
La modernización de las organizaciones de investigación
Estos dilemas también deben estar enmarcados dentro del gran dilema que supone
la transición de una región con una profunda tradición agrícola y manufacturera a
una economía del siglo 21 basada en tecnología y el conocimiento.
El crecimiento de una ciencia “trans-disciplinaria”
La nanotecnología no es un conjunto de tecnologías con un mercado único y claro,
sino más bien un conjunto de tecnologías y técnicas fundamentales de diseño que
en conjunto constituyen un nuevo enfoque científico y tecnológico de los materiales.
Por esta razón, el desarrollo de un enfoque integral de apoyo a la nanotecnología
será un gran dilema. Se requerirá trabajar entre las diferentes disciplinas científicas,
industrias, las diferentes empresas y divisiones, incluso con diferentes
organizaciones. Es necesario tener en cuenta la proliferación de aportaciones
importantes de grupos no-institucionales (conocido como “science DIY(do-ityourself)” o “ciencia diseñada por uno mismo”) que en los próximos veinte años
serán significativas.
Por otra parte hay que considerar la posibilidad de que la ciencia básica y las
aplicaciones técnicas de la nanotecnología, por ejemplo, la medicina y la energía son
tan diferentes como la biología es de la física.
Esto no debe significar que no sea sensato provocar esfuerzos regionales y
nacionales para promover la nanotecnología. Pero sí significa que deben reconocer
esta gran diversidad y la “trans-disciplinariedad” de la nanotecnología. Más que
multi-disciplinarios o interdisciplinarios, que describen la colaboración establecida
entre los campos científicos, la nanotecnología requerirá que los científicos estén
146
capacitados en múltiples áreas de conocimiento científico y aplicarlos en conjunto
para hacer descubrimientos y crear nuevas invenciones.
La Comunidad Valenciana debería focalizar sus esfuerzos en:
•
Crear organizaciones de investigación verdaderamente trans-disciplinaria por
ir más allá de las redes de instituciones y la creación de talento y de las
organizaciones que trascienden las disciplinas, las organizaciones y sectores
(industria, académicos, ONG) - tal vez mediante la adopción de un programa
de financiación agresivo como la Iniciativa Nacional de Nanotecnología de
Israel que permite obtener una relación 3:1 en beneficios para todas las
donaciones privadas en centros de investigación en nanotecnología.
•
Trabajar para que la región sea atractiva a la "clase creativa" y al talento
científico y tecnológico (ingeniería).
•
Ampliar y fomentar las colaboraciones de grupos de investigación y con
socios fuera de la región que importen y compartan el conocimiento transdisciplinario, con vocación de aplicación con vocación de aplicación de los
resultados en productos que lleguen al mercado.
Acelerar la transferencia de tecnología
La creciente contribución de las universidades en la capacidad de I+D de los
estados es un hecho, sin embargo, sólo un puñado de regiones en el mundo
poseen mecanismos efectivos para la transferencia de la ciencia básica y la
tecnología en el mercado. Como regla general, en todo el mundo, la transferencia de
147
tecnología de la universidad no está funcionando bien. España, y la Comunidad
Valenciana en particular, no es una excepción a esta tendencia, pero no es peor que
cualquier otra región.
El futuro y la crisis del desarrollo de futuras fuentes de crecimiento económico,
representa una oportunidad para volver a examinar los procesos fundamentales de
la transferencia de tecnología entre grupos de investigación de la región, la
universidad y la industria. En todo el mundo se están desarrollando varias técnicas
para acelerar la transferencia de tecnología y estas deben ser estudiadas para su
uso en la Comunidad Valenciana:
•
Fomentar una estrecha relación entre los procesos de producción y la
I+D. Esta es una característica clave de los grupos especializados (clusters)
en la nanotecnología de gran éxito, tales como el grupo de dispositivos
biomédicos en Irlanda. Manteniendo estas actividades juntas es posible
identificar más oportunidades para la difusión del conocimiento.
•
Aceleradores de transferencia de tecnología - crear organizaciones que
busquen los descubrimientos en los laboratorios universitarios, y trabajar
agresivamente para poner en marcha mecanismos de financiación para
pruebas de concepto que pueden aportar las tecnologías a un punto en el
que los inversores consideren el apoyo como financiación semilla.
•
Patrocinio industrial para la investigación - alentar a las empresas locales
y asociaciones del sector para financiar la investigación universitaria y ampliar
las colaboraciones entre los investigadores universitarios y los investigadores
de la industria
•
148
Desarrollo de alianzas de investigación entre diferentes sectores
industriales (“cross-country”) - un buen ejemplo es FIMECC, Finnish
Metals and Engineering Competence Cluster, que ayuda a definir y apoyar un
programa de investigación de colaboración para la industria de los metales en
Finlandia.
Generación de un ecosistema regional del conocimiento
Una cuestión clave para la Comunidad Valenciana será fomentar la especialización
regional, frente a seguir apoyando la investigación en muchas áreas de la
nanotecnología. La Comunidad Valenciana, de tamaño medio en términos de
población, se debería volcar en generar más probabilidades de alcanzar la escala
necesaria para competir en términos globales en la nanotecnología, pero a través de
una inversión sostenida y la gestión activa de su conocimiento de los ecosistemas
regionales, pudiéndose conseguir una escala suficiente no sólo para transformar las
industrias actuales, sino las tecnologías de exportación a un mercado internacional
más amplio.
Dado que la ciencia y la tecnología cada vez más se desenvuelven en red a nivel
mundial, estamos viendo más regiones que son capaces de desarrollarse y competir
en nichos. Consideremos, por ejemplo, el éxito de Israel en las comunicaciones
digitales y la seguridad, Singapur en productos biofarmacéuticos, etc
Si bien la Comunidad Valenciana contiene los consorcios de investigación notables,
como RENAC, las redes institucionales por sí solas no son suficientes para el
intercambio de conocimientos. El desarrollo de un rico conocimiento de los
ecosistemas regionales, que pueden sostener los ciclos de la invención y reinvención
de las industrias con el tiempo, requiere de una amplia gama de actividades de
149
desarrollo social de capital. Estos pueden incluir:
•
Emprendedurismo - un número creciente de escuelas de negocios en todo el
mundo ahora ofrecen programas de iniciativa empresarial.
•
Redes de Inversores - el desarrollo de un grupo de inversores que pueden
asesorar y apoyar a nuevos emprendimientos.
•
Educación - la introducción de temas de nanotecnología en primaria,
secundaria y los curricula de los institutos profesionales.
•
Generación de "buzz" (zumbidos) - la creación foros virtuales y presenciales
donde los distintos miembros de la tecnológica y la comunidad empresarial
pueden interactuar y compartir el conocimiento informal.
•
Desarrollo de una red de "boutique" de parques tecnológicos e incubadoras
de empresas que están altamente especializados para cubrir las necesidades
en ciencia y tecnología de las empresas.
•
Redes de investigación - que se puede coordinar la investigación entre las
universidades de toda una región, actuando como intermediario para los
flujos de financiación de la investigación nacional
•
La infraestructura de la ciencia básica - Financiación y puesta a disposición
de grandes infraestructuras de comercialización de la tecnología (por ejemplo,
los túneles de viento, centros de supercomputación, etc)
•
Cultivar los inversores privados - en lugar de operar fondos de riesgo, invertir
en la capacidad empresarial en general para desarrollar el talento y las nuevas
150
empresas de alta calidad que atraiga el capital privado como una evolución
natural.
Si bien hay una fuerte necesidad de centrarse en nichos tecnológicos en los que la
región pueda competir a nivel mundial, existe también la necesidad de generar un
fondo común de capital (social y financiero) que puede reinventarse a sí mismo con
el tiempo. Regiones como Sajonia, en Alemania, son un ejemplo de cómo conseguir
rápidamente el dominio mundial en un nicho (en este caso, los semiconductores),
que ha llegado a expensas de confiar demasiado en un puñado de grandes
empresas. Cuando llega el momento del cambio, las regiones con industrias
monolíticas son históricamente lentas para responder.
El mantenimiento de una Visión Compartida
El éxito de la creación de una nueva tecnología basada en regiones, como el caso
del Research Triangle Park de Carolina del Norte no sólo depende de las inversiones
de capital financiero en las tecnologías adecuadas sino de invertir capital político en
la definición y el mantenimiento de una gran visión compartida del futuro de la
región. Para la Comunidad Valenciana, los dirigentes tendrán que desarrollar un
consenso sobre el futuro de la región y el papel que jugará la tecnología.
A los efectos de este estudio, hay varias maneras de abordar esta cuestión. ¿Se
convertirá la Comunidad Valenciana en un líder mundial y exportador en áreas clave
de la nanotecnología a través de nuevas empresas y nuevas industrias, como
esperan muchos? ¿O va a comprometer sus esfuerzos de investigación para la
transformación de las industrias existentes, tales como la cerámica y los textiles? En
realidad, la visión más exitosa será aquella que combine algunos elementos de
ambos - el futuro industrial de sectores diversificados sin abandonar la innovación en
151
el modelo existente.
Si bien la actual crisis económica limita la capacidad de hacer grandes inversiones,
se abre la ventana a planificaciones estratégicas a largo plazo. Los conflictos en
esfuerzos a gran escala, casi siempre surgen de una falta de consenso o de
desarrollar una visión compartida desde el principio. Así que, como punto de partida,
las regiones necesitan elaborar e integrar una estrategia conjunta. Esta estrategia
debería ser un punto focal para los planes propios de cada organización.
Grandes visiones propiciarán el desarrollo de una “marca regional” y de identidad.
Las marcas se harán más importantes, no sólo en la comercialización exterior, sino
en la descripción de lo que la gente y las organizaciones están haciendo y los inspira
a nuevos logros. En particular los ecosistemas regionales de conocimientos se
vuelven complejos y multi-institucionales por lo que la creación y el mantenimiento
de una marca regional en torno a la nanotecnología será un reto. Esto se complica
por el hecho de que la nanotecnología es en sí misma una ciencia fundamental de
diseño, en lugar de una disciplina tradicional.
Alcanzar un equilibrio en el proceso de crecimiento
Estratégicamente, los objetivos para invertir en la nanotecnología deben apoyarse en
las oportunidades y estrategias para crecer. La ciencia y la tecnología pueden crear
un desarrollo económico a través de tres vías diferentes:
•
Creación de nuevas exportaciones basadas en la innovación local - las
invenciones desarrolladas localmente impulsan la creación de nuevas
empresas, donde las invenciones son desarrolladas y posteriormente
vendidas o licenciadas a clientes fuera de la región.
152
•
La transformación de las industrias existentes desde dentro - las invenciones
locales permiten a las empresas y las industrias existentes a ampliar su gama
de productos o transformar los métodos de producción existentes.
•
La transformación de las industrias existentes con tecnologías importadas importar invenciones que permiten a las empresas y las industrias existentes
a ampliar su gama de productos o transformar los métodos de producción
existentes.
Estas tres vías dirigen el crecimiento a la creación de empleo local y la creación de
riqueza. Sin embargo, es fundamental que los líderes regionales entiendan que
ningún enfoque deberá llevarse a cabo en forma aislada. No todas las tecnologías
necesarias pueden ser desarrolladas a nivel local, no importa lo sólidas que puedan
ser las relaciones entre los laboratorios de investigación y la industria. Del mismo
modo, no hay que menospreciar las industrias existentes frente a la búsqueda de la
“start-up” mejor del mundo.
Un elemento vital de dinamización del sector de las nanotecnologías en la
Comunidad Valenciana es el impulso al Centro de Nanotecnología Aplicada ya
mencionado en el Capítulo 4, en su sección de Centros Tecnológicos más
Relevantes. Su singularidad permitirá actuar como disparador de regeneración del
tejido empresarial existente así como facilitador de nuevas iniciativas
emprendedoras.
Como herramienta de apoyo al proceso de crecimiento se considera desarrollar un
observatorio permanente de tendencias científicas y tecnológicas. Consistiría
en un sistema de información permanente que articule diversas fuentes de
información (secundarias y primarias) y el control de la información arrojada por
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dichas fuentes. El observatorio debería recoger también periódicamente (semestral o
anualmente) un cuestionario directo a las empresas que vayan formando el tejido
compuesto por los sectores recogidos en el observatorio (sectores cambiantes y
actualizables).
Desde esta última perspectiva se hace necesario crear un registro de empresas
relacionadas con la nanotecnología de la Comunidad Valenciana y un anuario del
mismo, con el fin de divulgar los hallazgos en esta materia, proyectar y potenciar las
ventajas que estos tienen sobre la sociedad y dotar de soporte y cultura colaborativa
a las diferentes entidades (públicas y privadas) involucradas en el desarrollo de la
nanotecnología.
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Nanotecnología - Anthony Townsend

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