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Laboratorio de Recubrimientos y Nanoestructuras

Grupo LRN UAM

a) Estudio, caracterización y síntesis de láminas delgadas de óxidos y nitruros de metales de transición. Hemos usado diversas espectroscopias (XPS, AES, Radiación Sincrotrón,...) para determinar la estructura electrónica de óxidos y nitruros de metales de transición (Zr, Hf, Re, Ti,..) dentro de diferentes proyectos de investigación. En estos trabajos hemos estudiado la formación de los primeros estadios de oxidación así como el proceso del bombardeo con iones Ar+ de óxidos crecidos térmicamente. Por otra parte, dentro de esta línea de investigación, también se estudió el proceso de nitruración de diversos metales mediante implantación iónica así como la estructura electrónica de las fases producidas.

b) Síntesis de materiales metaestables (CNx, BN, BCN, TiN, TiCN), obtenidos en nuestro laboratorio mediante la técnica de sputtering por haz de iones asistido por un segundo haz de iones con el fin de obtener altas concentraciones de nitrógeno con objeto de aplicarlos como recubrimientos duros. Cabe señalar el alto contenido en nitrógeno de los recubrimientos obtenidos así como sus excelentes propiedades tribológicas (i.e. dureza, fricción, desgaste,...) que se han ido publicando de forma escalonada y que nos han permitido obtener cierto reconocimiento nacional e internacional en el campo de los recubrimientos de alta dureza, como se manifiesta en las citas, las colaboraciones y el desarrollo de varios proyectos de investigación en este campo.

c) Síntesis y caracterización de nanotubos de carbono orientados verticalmente con aplicaciones en nanotecnología. Esta línea de investigación consta de la caracterización de nanotubos de carbono adquiridos comercialmente así como el estudio y caracterización de la modificación de los mismos (modificación química y dopaje con N mediante sputtering). Por otra parte se ha diseñado e implementado un sistema de deposición química en fase vapor (CVD) para la síntesis de nanotubos de carbono de pared simple (SWNTs). Las fibras obtenidas corresponden a agregados formados por la disposición paralela y organizada en paquetes de SWNTs, alineados en toda su longitud. Se ha conseguido un buen control del crecimiento de estos SWNTs, mediante el empleo de aleaciones inhibidoras del proceso catalítico (uso de recubrimientos de TiN no estequiométrico). Se han desarrolado materiales que inhiben el crecimiento de nanotubos de carbono. Estos materiales pueden disponerse organizadamente sobre cualquier superficie (mediante procesos de nanolitografía) dando, como resultado final, zonas de crecimiento normal y crecimiento cero. Sobre estos nanotubos de síntesis se han realizado medidas de emisión electrónica en alto vacío. La corriente de emisión observada aumenta progresivamente con el voltaje, de acuerdo con la ecuación de Fowler-Nordheim.

Dentro de esta misma línea de investigación también se han crecido membranas porosas altamente ordenadas, de composición exclusivamente metálica, con diferentes aplicaciones en nanotecnología. Se usan como plantillas para obtener distribuciones ordenadas de nanoestructuras y posteriormente sintetizar nanotubos de carbono orientados verticalmente en los poros de las membranas. Esta línea de investigación ha dado resultados muy satisfactorios como se constata a través del desarrollo de una patente y la publicación de artículos en revistas de alto índice de impacto.

d) Síntesis y caracterización de nanohilos y materiales nanoestructurados para electrodos en baterías de iones de Li de altas prestaciones. La finalidad de esta línea de investigación, es lograr el desarrollo de materiales nanoestructurados que permitan mejorar los electrodos de baterías de ión-Litio. Para el ánodo se están sintetizando con éxito nanohilos de Si alineados verticalmente, por CVD térmico, dando lugar al desarrollo de una segunda patente. Asimismo, se ha conseguido incrementar la densidad de nanohilos de Si recubriendo el sustrato de Si por una lámina delgada de TiN no estequiométrico. Como alternativa para el mismo electrodo, actualmente estamos sintetizando nanoesferas porosas de SiO2 que posteriormente son recubiertas con nanotubos de carbono ó nanohilos de Si crecidos por CVD. Asimismo, se realizarán ensayos electroquímicos de carga y descarga usando los electrodos fabricados en nuestro laboratorio.

Dentro de esta misma línea, pero con vistas a su aplicación en células solares, se están creciendo nanohilos de Si sobre sustratos de Si monocristalino (100) mediante diversos ataques químicos. El objetivo es lograr una reducción drástica de la reflectancia en el rango del visible. Asimismo, se está intentando dopar químicamente estos nanohilos para conseguir heterouniones nanoestructuradas.

e) Síntesis de nanoestructuras magnéticas huecas como sistemas de transporte.

En esta línea de investigación se han desarrollado estructuras magnéticas basadas en magnetita (Fe3O4) que presentan un interior hueco que permite la incorporación de moléculas de interés. Se han estudiado diversos procedimientos de síntesis y se han establecido las condiciones apropiadas para el control del diámetro de partícula y del volumen interior.

f) Síntesis de catalizadores nanoestructurados y aplicación en procesos catalíticos de interés.

En esta línea de investigación se han sintetizado nanomateriales basados en ZnO, TiO2, CuO, Fe2O3, etc. Algunos de estos materiales se han aplicado en procesos de degradación fotoquímica, obteniendo resultados muy prometedores. Otros catalizadores, como los nanorods de CuO, actualmente están siendo probados en reacciones catalíticas de adición y cicloadición. Algunos catalizadores de hierro (fundamentalmente nanopartículas de Fe2O3, nanohilos de Fe2O3 y nanopartículas de magnetita compacta) se han estudiado en procesos de degradación tipo Fenton (sono-Fenton y foto-Fenton) de compuestos orgánicos contaminantes.

g) Ruptura fotocatalítica de agua, con obtención de hidrógeno.En esta línea de investigación, se han sintetizado diferentes catalizadores basados en disoluciones sólidas de ZnCdFe que posteriormente han sido utilizados en procesos fotocatalíticos de ruptura de agua. El efecto de la relación atómica Zn/Cd y de la incorporación de Fe se ha correlacionado con la producción de hidrógeno. Además, resultados preliminares apuntan a una clara relación entre la cristalinidad de las partículas de catalizador y la producción de hidrógeno.

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Tesis

Tesinas y Diplomas de Estudios Avanzados (DEA's)

  • "Caracterización espacial de nanotubos de carbono verticalmente alineados por deposición selectiva del catalizador" Teresa Campo Perfecto 2010 (Directores: Carmen Morant y Eduardo Elizalde)
  • "Study of the growth of  ZrO2 porous membranes for catalytic applications" Jorge Gómez-García 2001 (Director: José María Sanz)

Personal Docente e Investigador

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