Nanociencia
Investigación en Nanociencia
Nuestras investigaciones en este campo se centran en la fabricación y la caracterización de mono y multicapas orgánicas así como de híbridos orgánicos-inorgánicos. Las películas delgadas tienen numerosas aplicaciones en campos tan diversos como los sensores químicos y bioquímicos, celdas fotovoltaicas, catalizadores, electrónica, química sostenible, lubricación, superficies inteligentes, simulación de sistemas biológicos, etc. Nuestro grupo dispone de instrumentación e instalaciones al más alto nivel para la fabricación de películas delgadas por técnicas como el autoensamblaje, método de Langmuir-Blodgett, y tecnologías dip-coating y spin-coating así como la caracterización de estas películas. Los miembros de nuestro equipo también tienen acceso a través del INA, LMA y el ICMA a un amplio rango de técnicas de caracterización que incluyen métodos termodinámicos, espectroscópicos, electroquímicos y microscopias avanzadas. En concreto, en estos momentos nuestras investigaciones se centran en los siguientes temas:
Electrónica Molecular
La electrónica molecular representa un novedoso y apasionante tema de investigación debido a sus potenciales aplicaciones en la fabricación de sensores, dispositivos electrónicos, catálisis, y energías limpias. La idea básica en la que se sustenta la electrónica molecular es el hecho de que se pueden fabricar dispositivos electrónicos utilizando moléculas individuales o pequeños grupos de ellas (monocapas) adecuadamente ensambladas y conectadas entre sí. La utilización de moléculas convenientemente funcionalizadas a modo de cables, enchufes, rectificadores, memorias moleculares, etc. se traduce en la posibilidad de fabricar dispositivos más eficientes, rápidos, y con un menor consumo. Dado además que las moléculas representan las unidades funcionales más pequeñas que pueden fabricarse, se conseguirán dispositivos increíblemente pequeños que revolucionarán los almacenes de la información y nuestra tecnología actual.
Nuestro trabajo en este tema se caracteriza un marcado carácter multidisciplinar e implica la colaboración con químicos orgánicos (Profesor P.J. Low de la Universidad de Perth y el Profesor J.L. Serrano de la Universidad de Zaragoza), químico físicos especializados en propiedades eléctricas a nivel molecular determinadas con microscopia de efecto túnel (Profesor Richard J. Nichols y Profesor Simon J. Higgins de la Universidad de Liverpool y el Prof. F. Pérez-Murano del CNM-CSIC de Barcelona) así como químicos teóricos (Profesor J. Ferrer de la Universidad de Oviedo). En concreto, nuestras investigaciones se centran en:
- Uniformidad de contactos entre las
moléculas funcionales y los sustratos conductores (metales u otros) - Comportamiento de la interfase metal-molécula bajo la acción de un campo eléctrico
- Fabricación del electrodo superior sobre monocapas orgánicas sin dañarlas y evitando la penetración del metal a través de la película
- Estrategias de ensamblaje molecular
- Determinación de las propiedades eléctricas de las monocapas y de las moléculas individuales. Estudios electroquímicos.
Ensamblaje de MOFs en películas delgadas
Los materiales porosos híbridos metal-orgánicos (MOF, del inglés Metal Organic Framework) constituyen una nueva familia de materiales con nanoporosidad y presentan la menor densidad de red y el mayor volumen de celda vacío descritos hasta el momento. Los MOF se obtienen mediante la coordinación de iones metálicos con ligandos orgánicos, lo que les proporciona versatilidad química única, tamaño de poro controlable y elevada porosidad. Estas propiedades los convierten en candidatos óptimos para superar las limitaciones que presentan otros materiales porosos ampliamente conocidos, como zeolitas, sílice mesoporosa o carbón activado.
En particular, la obtención de películas ultradelgadas de MOF sobre superficies sólidas (SURMOF) constituye un nuevo campo que ha sido recientemente iniciado y que tiene gran interés para el desarrollo de aplicaciones tales como sensores químicos y membranas. Además, estas películas, unidas a substratos adecuados, presentan estructuras que no existen en los materiales en polvo o en monocristales. Los SURMOF también ofrecen otras interesantes posibilidades, como la fabricación de heteroestructuras o la modificación específica (química o estructural) de la capa más externa de las películas.
Nuestro principal objetivo en esta línea es la fabricación, caracterización y estudio de la utilización en la separación de mezclas de gases de películas LB mixtas formadas por mezclas MOF/polímero en diferentes proporciones, lo que nos permitirá:
- Optimizar el espesor de las membranas, ensamblandolas monocapa a monocapa y analizando sus propiedades en función del espesor.
- Estudiar las interacciones MOF-polímero para distintas composiciones y condiciones de preparación.
- Caracterizar las propiedades químico-físicas (permeabilidad, selectividad, etc.) en función de la composición y estructura de las membranas.
- Correlacionar las características de los compuestos utilizados con la estructura de las membranas y las propiedades de las mismas.
Este trabajo está siendo desarrollado en el marco del Proyecto Europeo M4CO2 (http://www.m4co2.eu) coordinado por la Universidad Técnica de Delft (Holanda).
