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Desarrollo de recubrimientos funcionales obtenidos por proceso sol-gel basados en sílice y partículas de baja dimensionalidad para aplicaciones industriales

 

Esther Enríquez Pérez
Universidad Complutense de Madrid, 19 de Julio de 2013

Directores:
Dr. Miguel Ángel de la Rubia López
Prof. José Francisco Fernández Lozano

 


La desfavorable situación de la industria española en los últimos años basada principalmente en la recesión económica, genera serias dudas en torno a sus posibilidades de reactivación y crecimiento en un futuro inmediato. Esto, sumado a la irrupción constante en el mercado mundial de productos de calidad comparable a bajo coste procedente de países muy competitivos, pone en alerta a muchas de las industrias nacionales más importantes. La industria cerámica española es una de las más competitivas a nivel mundial gracias a que muestra un elevado dinamismo en la aparición de avances tecnológicos, incorporando mejoras en el proceso de producción y en la calidad de los productos. Actualmente se busca dotar a la cerámica de un nuevo valor añadido, proporcionarle una funcionalidad y unas propiedades específicas que sean diferenciables con los materiales tradicionales, basándose en las nuevas tecnologías y adaptándose a los hitos de mercado.

En las últimas décadas se han realizado gran cantidad de investigaciones científicas en este campo basadas en el método sol-gel. Sin embargo, su transferencia tecnológica ha sido menos significativa debido a las dificultades de escalado industrial. Teniendo en cuenta los antecedentes y el estado de la técnica, el objetivo de este trabajo es el desarrollo de recubrimientos conformados a baja temperatura basados en el proceso sol-gel sobre esmaltes de sanitarios para incorporación de partículas de baja dimensionalidad con funcionalidades inusuales en respuesta a estímulos externos.

Estos recubrimientos obtenidos por el proceso sol-gel en forma de capas nanométricas se basan en una matriz de sílice capaz de incorporar partículas funcionales de baja dimensionalidad que pueden ser de naturaleza orgánica o inorgánica. De esta manera, los composites constituyen una nanoestructura inorgánica funcional sensible a modificaciones externas. Para la incorporación de las partículas funcionales con diferente morfología se eligen nanopartículas de alúmina, nanofibras de carbono e Iriodines. Estas partículas son caracterizadas, así como su incorporación en la matriz de sílice. Posteriormente, los recubrimientos son depositados sobre sustratos sanitarios por el método de spray asistido por aire y son tratados térmicamente a temperaturas en el rango de 300-500ºC. Estos recubrimientos se someten a ensayos de resistencia al desgaste y a los agentes químicos, de manera que cumplan los requerimientos exigidos por la empresa, obteniéndose resultados muy favorables para su uso en porcelana sanitaria.

Por otra parte, se desarrollan recubrimientos delgados con alta conductividad eléctrica basados en sílice y negro de humo (CB) con una resistividad de hasta ≈7·10-5Ωm. Estos recubrimientos se caracterizan reológica, estructural y microestructuralmente con el objetivo de comprender el mecanismo de conducción. Asimismo, se caracteriza la respuesta eléctrica de los recubrimientos en función de la concentración del aditivo conductor y de la temperatura de tratamiento térmico, determinando el límite de percolación de los mismos. De los resultados obtenidos se extraen respuestas eléctricas controlables en función del tratamiento térmico aplicado y se desarrollan prototipos demostradores de posibles aplicaciones en función de la respuesta eléctrica. Asimismo, se incorporan nanofibras de carbono en el composite sílice-CB con el objetivo de reducir la carga del aditivo conductor en el composite y mejorar así las propiedades mecánicas y de adhesión del recubrimiento al sustrato. De esta manera, se consigue reducir un 30% en peso la carga de los aditivos conductores, reduciendo los costes económicos un 40%.

Calificación: Sobresaliente Cum Laude

Tribunal:

Presidente, Dr. Emilio Morán Miguélez, Catedrático de Química Inorgánica de la Universidad Complutense de Madrid.

Secretario, Dr. Óscar Rodríguez de la Fuente, Profesor Titular de la Facultad de CC. Físicas de la Universidad Complutense de Madrid.

Vocales:

Dra. María Soledad Martín González, Investigador Científico del Instituto de Microelectrónica de Madrid (CSIC).

Dr. José de Frutos Vaquerizo, Profesor Titular de la E.T.S.I. Telecomunicación de Madrid (UPM).

Prof. Miguel Ángel Bañares González, Profesor de Investigación del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica de Madrid (CSIC).

Suplentes:

Dr. Miguel Ángel García García-Tuñón, Investigador Científico del Instituto de Cerámica y Vidrio de Madrid (CSIC).

Dr. Lucas Pérez García, Profesor Titular de la Facultad de CC. Físicas de la Universidad Complutense de Madrid.