Energías, materiales y tecnologías

La biomasa posee gran potencial pues es un producto de bajo costo, neutro desde el punto de vista del ciclo del carbono y precursor de energía y productos de valor agregado.

En este proyecto proponemos el desarrollo de cemento eléctricamente conductor (CEC) mediante el agregado de carbón conductor producido desde recursos biomásicos regionales. El CEC se ha utilizado en proyectos destinados a fundir la nieve acumulada en rutas, como blindaje electromagnético. Se lo emplea para mejorar las características eléctricas en las puestas a tierra protegiendo a las personas y equipos condiciones transitorias de operación o descargas atmosféricas, en sustitución de los materiales metálicos tales como el cobre, brindando estabilidad en el tiempo e incrementando el área de contacto entre el electrodo y el suelo.

Para conseguir los objetivos se estudiará la obtención de carbón a partir de recursos biomásicos regionales y de su atmósfera de carbonización.

Se realizará la caracterización morfológica, eléctrica y mecánica del material carbonoso y su compuesto con cemento portland obtenido en función del material de partida, la temperatura de carbonización y el umbral de percolación.

La evaluación final de la aplicación del cemento conductor se realizará construyendo electrodos destinados a las puestas a tierra que se evaluarán en un campo experimental.

A partir de la ejecución de este proyecto se espera obtener un carbón con buenas propiedades eléctricas para obtener y utilizar un cemento conductor para la fabricación de puesta a tierra.

El creciente incremento de la población mundial produce un aumento en el consumo de energía, lo cual trae como consecuencia un preocupante daño en el ambiente que el planeta está empezando a sentir de manera concreta. Es por esto que urge la necesidad de desarrollar métodos y materiales que permitan generar, almacenar y transportar energía de manera económica, limpia, renovable y segura. Con este objetivo, se están realizando grandes esfuerzos en desarrollar celdas solares, celdas de combustible, y supercapacitores, entre otros dispositivos. Los materiales nanoestructurados y en particular los derivados de carbono son una parte muy importante en este tipo de dispositivos. Aquí se propone estudiar nuevos métodos de síntesis de nano-objetos y estructuras de carbón modificadas que posean características mejoradas y propiedades específicas destinadas a aplicaciones en la conversión o almacenaje de energía. Para ello se propone: (a) el estudio de nuevas rutas de síntesis de nano-objetos a base de carbono modificado con heteroátomos o nano-objetos metálicos o semiconductores. (b) el desarrollo de nuevos métodos de ensamblaje para la construcción de estructuras 3D empleando los nano-objetos sintetizados y finalmente, (c) caracterizar las estructuras sintetizadas empleando técnicas microscópicas, electroquímicas y espectroscópicas in-situ y ex-situ. Se espera que un mayor conocimiento sobre la química de los derivados de grafenos, permita controlar con mayor precisión y diseñar de manera racional modificaciones químicas que permitan obtener materiales con propiedades específicas para aplicaciones en dispositivos de almacenamiento y conversión de energía.

En el presente proyecto se explorarán estrategias de síntesis de materiales compuestos por estructuras inorgánico/orgánico. La combinación de morfología y propiedades fisicoquímicas de las estructuras inorgánicas se combinarán con las de materiales orgánicos (monómeros, polímeros, resinas) para formar estructuras primarias que, por tratamientos térmicos (pirólisis), químicos, o una combinación de los mismos, resulten en estructuras porosas y conductoras de electrones organizadas en la micro y nanoescala. Se pretende obtener materiales porosos con propiedades avanzadas, que combinen elevada conductividad electrónica, adecuado transporte de masa, y superficies funcionales según la aplicación propuesta. La estructura inorgánica se conformará como un andamio para la deposición de materiales orgánicos. Las posibilidades de utilizar diferentes morfologías permitirán obtener diferentes estructuras. Como material de partida se empleará ZnO. Como material orgánico precursor se utilizará anilina y derivados, resorcinol/formaldehido, etc. Se espera que el ZnO permita catalizar la polimerización de los precursores orgánicos por diferentes mecanismos. Los materiales serán ensayados tal como son obtenidos o se realizarán modificaciones posteriores para alterar su composición (pirólisis, disolución del ZnO, deposición de diferentes catalizadores, etc.) según sea necesario. Los materiales obtenidos serán caracterizados y estudiados tanto con las técnicas disponibles en la UNRC como con las que se cuentan en grupos con los que se mantiene cooperaciones científicas. Se espera comprender los mecanismos intervinientes en la formación del material y las relaciones estructura/propiedades.

En el presente proyecto de investigación se propone la generación y caracterización de nanoestructuras dendriméricas como vehículos moleculares para la administración de fármacos en solución y mediada por superficies.

Los dendrímeros son moléculas tridimensionales que poseen cavidades interiores de variada lipofilicidad, donde es posible alojar la droga para aumentar su solubilidad y protegerla hasta su llegada al sitio activo. Presentan tamaño y forma comparable a una variedad de biocomponentes por lo que son estudiados como vehículos para el encapsulado, distribución y liberación controlada de agentes terapéuticos.

En el presente plan se propone el estudio fisicoquímico de diversos compuestos con potencial actividad terapeutica y su solubilización en dendrimeros de diferente tipo y generaciòn. Se realizaran estudios experimentales y computacionales para analizar y cuantificar las interacciones entre los huéspedes a transportar y los dendrímeros.

Se espera que los resultados obtenidos permitan determinar los factores que favorecen la asociación droga-dendrímero lo que permite aumentar la solubilidad de la droga en medio fisiológico para facilitar su transporte y acumulación preferentemente en el sitio tumoral, aumentando así su eficacia.

También se propone el desarrollo de sistemas de administración de fármacos mediado por superficie mediante la generación de depósitos de películas de polímeros dendriméricos. Se implementaran técnicas de deposición y caracterización de los films para analizar y optimizar las propiedades de estas superficies para que actúen como reservorio de compuestos activos y permitan la liberación controlada de fármacos.

El presente proyecto propone la generación y estudio de aplicabilidad de nuevos materiales poliméricos orgánicos generados mediante métodos electroquímicos. Estos materiales se diseñan de modo que sus propiedades los tornen aptos para ser aplicados en el desarrollo de celdas solares fotovoltaicas, celdas solares para la generación de hidrógeno, supercapacitores y dispositivos electrocrómicos. Se planea estudiar las propiedades estructurales y fisicoquímicas de los nuevos materiales sintéticos y correlacionar dichas propiedades con su desempeño de aplicación en las siguientes líneas de investigación interdisciplinarias.

1.- Sistemas de conversión de energía solar basados en perovskitas de halogenuros organometálicos. Se planea utilizar películas de polímeros orgánicos generadas por electrosíntesis, como contactos selectivos para huecos y electrones en la construcción de celdas solares de última generación basadas en perovskitas de halogenuros organometálicos.

2.- Celdas Solares basadas en Electropolímeros Orgánicos para la Producción de Hidrógeno. Se propone la utilización de polímeros orgánicos con capacidad de generar estados de separación de cargas fotoinducidos en el desarrollo de celdas solares para la producción directa de hidrógeno.

3.- Supercapacitores Electroquímicos. Se propone el estudio y desarrollo de compuestos poliméricos orgánicos como material activo en dispositivos de almacenamiento de cargas.

4.- Dispositivos Optoelectrónicos formados por películas finas de polímeros conductores. Se plantea la síntesis, caracterización y evaluación de materiales electrocrómicos formados por películas finas de polímeros óptica y electroquímicamente activos.

Se propone en este proyecto diferentes y novedosas metodologías de síntesis de polímeros, tanto lineales como entrecruzados, en bulk y en escala nanométrica, provenientes de fuentes renovables y no renovables y su aplicación como absorbedores de contaminantes y materiales avanzados inteligentes para la liberación controlada de nutrientes aplicables en el área de la agronomía. Para tal fin se abordarán síntesis desde dos enfoques, una de ellas es la producción de geles poliméricos (redes poliméricas tridimensionales) sintetizados en forma de nanopartículas poliméricas a partir de monómeros comerciales y el segundo enfoque es la síntesis de polímeros lineales y entrecruzados partiendo de residuos de biomasa regional, triglicéridos insaturados. Para ambos polímeros se planifica estudiar: la influencia de las condiciones de síntesis, de forma de determinar la relación entre las propiedades finales del nuevo material y las condiciones de síntesis. Se propone comparar la performance de los diferentes geles desarrollados en cuanto a la capacidad de encapsulamiento y liberación de macronutrientes (N, P, K) y micronutrientes de tamaño nanométrico (Mo, Cu, Fe, Zn). Se estudiará la liberación de los nutrientes en medios modelos y luego se realizarán ensayos en macetas sobre el crecimiento de plantas. Por otro lado, los geles se probarán para absorción de sustancias contaminantes en agua (naftas y aceites).

Los hidrogeles son polímeros entrecruzados con alta capacidad de absorber solución acuosa, por lo que imitan facilmente la membrana extracelular y son aplicados como materiales de transporte de medicamentos, antioxidantes, o nanoparticulas con actividad biológica, o como soportes de crecimiento celular en superficies o tres dimensiones para ingeniería de tejidos, entre otras aplicaciones.

Se propone desarrollar métodos de síntesis de superficies poliméricas o 3D estructuras con diferentes caracteristicas fisicoquimicas y mecánicas para que luego de los análisis biológicos de citocompatibilidad, se estudie su interacción en contacto con lineas celulares y su posible efecto sobre las propiedades de adhesión y proliferación. También se busca desarrollar nanocompuestos con actividad microbianas con el fin de obtener materiales biocompatibles que se mantengan antisépticos en largos períodos de tiempo de cultivos. Para lograr un material con estas caracteristicas se estudiarán nuevos métodos de síntesis  «green» que implica el uso de reactivos no-tóxicos.

Los materiales biocompatibles serán aplicados como sistemas de transporte de antioxidantes o drogas oftálmicas, para su aplicación como sistemas de liberación controlada en alimentos o medios biológicos.

En este plan de investigación se propone estudiar la fotofísica y fotoquímica de moléculas que luego de absorber radiación en el UV-visible, pueden actuar como agentes redox o como fotosensibilizadores a partir de sus estados excitados (colorantes, carbazoles, porfirinas). Se evaluará el efecto del confinamiento sobre dichas propiedades, empleando diversos sistemas micelares y dendríticos. Los resultados obtenidos en estos nanoentornos organizados y restringidos serán contrastados con los registrados en soluciones homogéneas. Las especies transitorias y reactivas que se generen serán caracterizadas por técnicas espectroscópicas resueltas en el tiempo. Se espera obtener resultados que permitan modular y optimizar los procesos de transferencia de electrones y de energía, a partir de la manipulación de las condiciones del entorno. Luego de adquirir un conocimiento integral de los sistemas bajo estudio se indagarán potenciales aplicaciones como la fotoiniciación de polimerizaciones radicalarias con bajo impacto ambiental y la degradación/remoción de contaminantes industriales típicos de acuíferos naturales, los cuales son tópicos de relevancia actual.

El presente proyecto, por un lado, propone el diseño, sintesis, estudio y caracterización de nuevos materiales organicos semiconductores y nanomateriales con propiedades electroqiumicas y opticas adecuadas para el desarrollo de tecnologias de conversión de energía eficiente y con bajo impacto ambiental. Por un lado, se busca diseñar sistemas moleculares organicos (derivados del pireno y hexaazatrifenileno) y nanomateriales derivado del carbono que permitan mejorar y modular sus propiedades electrquimioluminicentes. Por otro parte, se plantea a partir de moleculas especificamente modificadas con grupos electrolimerizables (carbazoles, trifenilaminas) encontrar metodologías electroquímicas que permitan depositar películas con propiedades semiconductoras con control de la morfología, topografía y nano-microporosidad. Evaluar el potencial uso de los materiales electrodepositidos en dispositivos optoelectrónicos (celdas solares, diodos emisores orgánicos, dispositivos electroquimioluminiscentes dispositivos electrocrómicos, tiofeno). Paralelamente, se explorará el potencial de la electroquimioluminiscencia en el campo de la química analítica. Se propone desarrollar una metodología de detección de herbicidas de uso masivo (glifosato, atrazina y otros) basada en la EQL que no requiere previa modificación química del analito y permitiría su detección en forma económica y con capacidad de procesar grandes cantidades de muestras.

En el presente proyecto se propone sintetizar nanopartículas de polímeros conjugados (NPC) sin dopar y dopadas con colorantes poliaromáticos y tetrapirrólicos. Un detallado análisis de la fotofísica y fotoquímica de estas nuevas NPC permitirán: a) concluir sobre fenómenos tales como superquenching, brillo (intensidad de emisión), efecto antena (colección y transferencia de energía de excitación), amplificación (de fotoexcitación de dopantes), etc., efectos observados exclusivamente en este tipo de NPC y, b) aprovechar estos efectos para diseñar NPC con propiedades mejoradas para aplicaciones en fototerapias.  Sintetizaremos NPC capaces de fotogenerar oxígeno singlete (1O2) y detectar oxígeno molecular (O2) en forma más eficiente que las NPC ya reportadas por nuestro grupo de investigación y por otros. Para este fin se proponen dos estrategias sencillas que permitirán optimizar las eficiencias de los procesos de transferencia de energía (singlete-singlete y triplete-triplete) que se dan en estas NPC que llevan a la formación de 1O2 y al sensado fluorescente radiométrico de O2. Éstas NPC serán utilizadas en tratamientos en fotoinactivación microbiana (IFM) contra bacterias resistentes a antibióticos y mapeo de O2 en biofilms bacterianos. En su conjunto las tareas planificadas permitirán avanzar en el entendimiento de factores fundamentales que gobiernan el comportamiento fotofísico y fotoquímico de los materiales propuestos. Dicho conocimiento permitirá el diseño racional de nuevos materiales con propiedades mejoradas en aplicaciones específicas (previamente identificadas) y/o extender el uso de materiales ya existentes a nuevas aplicaciones tecnológicas.