Líneas de investigación

POLÍMEROS CON PROPIEDADES ELÉCTRICAS

Polímeros pìezoeléctricos y composites multiferroicos
Los polímeros piezoeléctricos se engloban dentro de la categoría de los polímeros electroactivos, es decir, aquellos polímeros que presentan alguna respuesta, como cambio de forma o tamaño, al ser estimulados por un campo eléctrico. La piezoelectricidad deriva de la palabra griega piezo que significa presión. Cuando determinados materiales se someten a una presión mecánica las cargas eléctricas producidas se posicionan en la superficie.


La piezoelectricidad es la generación de polarización eléctrica de un material como respuesta a una tensión mecánica. Este fenómeno se conoce como efecto directo y se utiliza, fundamentalmente, para sensores. Los materiales piezoeléctricos también experimentan el efecto inverso, es decir, deformación mecánica por aplicación de una señal o carga eléctrica y se utiliza, principalmente, para actuadores.

Este efecto conocido como piezoelectricidad se ha convertido en uno de los motores de la innovación en el campo de los nuevos materiales. El mercado de los materiales piezoeléctricos cubre una amplia gama de aplicaciones técnicas, muy importantes en el ámbito de la información y las comunicaciones, la automatización industrial, el diagnóstico médico, así como en la industria de defensa.

El polímero piezoeléctrico de mayor difusión es el poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF) obtenido por primera vez en 1969 por Kawai y sus especiales propiedades son consecuencia de sus dipolos CF2 cuando se encuentran correctamente orientados. El descubrimiento de los polímeros  semicristalinos piezoeléctricos supuso un gran avance tecnológico. Sin embargo, la necesidad de tener que reorientar los cristalitos mediante los tratamientos anteriores, puede resultar complicado y costoso. Asimismo, su temperatura máxima de uso es de aproximadamente 80ºC, lo que limita sus aplicaciones.

Nuestro interés en el campo de los polímeros piezoeléctricos  se centra en la síntesis de polímeros amorfos con mayor respuesta piezoeléctrica, y a mayores temperaturas, En este sentido, el uso de poliimidas se ha revelado como muy prometedor dadas sus excepcionales propiedades térmicas, mecánicas y dieléctricas y a que son polímeros amorfos con una gran versatilidad de modificación o inclusión de nuevos grupos funcionales dipolares, lo que hace de ellas unas excelentes candidatas a presentar propiedades piezoeléctricas y poder sustituir a los polímeros semicristalinos, con propiedades térmicas menos excepcionales.

La aplicabilidad de polímeros piezoeléctricos a alta temperatura es enorme, pudiendo ser utilizados en robótica, óptica, equipamientos médicos sensorizados, computadores, etc. Pero, previamente al diseño de posibles dispositivos o aplicaciones prácticas, es necesario un exhaustivo estudio de sus propiedades físico-químicas. Así, en esta línea se aborda la síntesis, procesado y caracterización de poliimidas novedosas potencialmente piezoeléctricas a elevada temperatura, conteniendo funcionalidades fuertemente polares, susceptibles de ordenarse mediante la aplicación de un campo eléctrico externo.

Por otra parte, otro de nuestros objetivos es desarrollar materiales multiferroicos a partir de las poliimidas piezoeléctricas sintetizadas. Estos materiales están despertando gran interés por su gran efecto magnetoeléctrico (ME), típico de materiales inteligentes en que un estímulo (eléctrico, magnético, térmico), provoca una actuación de carácter distinto (mecánica, óptica, etc.). Estos materiales permiten una gran variedad de aplicaciones, pero para ser interesantes industrialmente se necesita un acoplo ME suficientemente grande. Esta mejora del acoplo puede lograrse utilizando composites en lugar de materiales de una sola fase.

POLÍMEROS CON MEMORIA DE FORMA

Los materiales con memoria de forma son aquéllos capaces de deformarse y recuperar una forma predeterminada tras la aplicación de ciertos estímulos externos. Existen diferentes ejemplos de polímeros con esta capacidad pero, de forma general, en todos ellos el proceso se basa en una fase de programación de la forma y otra etapa de recuperación de la misma. En este caso, el efecto de memoria de forma puede inducirse por diferentes métodos, siendo el caso más común el proceso inducido térmicamente, si bien existen otros procesos tales como los efectos inducidos químicamente o, incluso, fotoinducidos.

Una de las características esenciales de los materiales poliméricos es su flexibilidad a la hora del diseño en cuanto a sus propiedades y características. Basándose en esta capacidad, es posible diseñar nuevos sistemas poliméricos capaces de mostrar el efecto de memoria de forma de un modo controlado y óptimo para diferentes aplicaciones tales como la obtención de tejidos inteligentes.

En esta línea pretendemos obtener polímeros con memoria de forma térmicamente inducida a partir de diferentes polialquenámeros aplicando tecnologías de mezclado en fundido y entrecruzamiento térmico y por radiación electromagnética.

SUPERFICIES ORGÁNICAS INTELIGENTES

Las condiciones en las que se puede utilizar un material, vienen determinadas, en gran medida, por el balance de fuerzas que se establece entre el material y el entorno al que está expuesto. Este balance de fuerzas está determinado por la composición química (regiones hidrófilas o hidrófobas), la cristalinidad, los micro-dominios y la morfología de los diferentes materiales en la zona de contacto. Cuando estas fuerzas consiguen alcanzar un equilibrio, es cuando se forma la zona interfacial o superficie.

Tradicionalmente el poder controlar las propiedades de las superficies ha sido crucial para mejorar la aplicabilidad y durabilidad de los materiales. Los motivos por los que se modifican estas propiedades han sido muy diversos, y abarcan desde la conservación de alimentos, hasta el aumento de la vida útil de materiales para la construcción de edificios o la fabricación de maquinaria más compleja y sofisticada.

A medida que la ciencia ha investigado y profundizado en las propiedades y condiciones que rigen la formación de las superficies, ha surgido una nueva forma de verlas. Esta nueva óptica busca que las superficies pasen de ser un sistema de protección pasivo a sistemas auto-adaptativos, que sean capaces de responder por sí mismos a los cambios del entorno. En este sentido, nos hemos planteado como objetivo el diseño de superficies poliméricas inteligentes debido a la gran variedad de naturalezas químicas que presentan esta familia de materiales y por la facilidad con la que se pueden modificar. Otro aspecto interesante es la sensorización de estas superficies.

Para la creación de estas superficies poliméricas inteligentes, el procesado mediante segregación superficial permite tanto el control del tipo de grupos funcionales, como de la densidad de éstos en superficie. La presencia de los grupos funcionales segregados en la superficie permitirá la formación de complejos inter-poliméricos que pueden formarse o destruirse en función de las condiciones ambientales. Con el fin de convertir las interacciones inter-poliméricas de los complejos en señales sensibles, se recurre al estructurado de las superficies funcionalizadas.

El objetivo de esta línea de investigación es aprovechar los cambios en las fuerzas que rigen la formación de las superficies, y transformarlas en una señal sensible. Para ello es necesario poder diseñar las superficies y desarrollar las técnicas que permitan determinar sus propiedades físico-químicas.