Programas de investigación

Como resultado de un alto grado de colaboración interna, cada grupo de investigación en el Instituto IMDEA Materiales participa en varios de nuestros programas de investigación. Liderados por el talento de nuestros investigadores, los programas de investigación combinan investigación fundamental orientada de vanguardia en temas que se encuentran en las fronteras del conocimiento, con investigación aplicada que abarca los intereses a medio plazo de nuestros socios industriales para proporcionarles liderazgo tecnológico a largo plazo.

El programa de Nuevos Materiales combina la experiencia en el diseño y síntesis de building blocks a escala nano y molecular con su integración en materiales y dispositivos macroscópicos, en el desarrollo de soluciones para compuestos estructurales de alto rendimiento con capacidades multifuncionales mejoradas como resistencia térmica, eléctrica y al fuego, y en el estudio de las relaciones proceso-estructura-propiedad en aleaciones metálicas con especial énfasis en el papel de la microestructura en la respuesta mecánica a lo largo de todas las escalas de longitud. Este grupo interdisciplinar de investigadores está formado por químicos, físicos e ingenieros (en química, materiales, mecánica y aeronáutica) que realizan investigación tanto fundamental como aplicada a través de una estrecha colaboración con empresas de los sectores de transporte, especialmente el aeroespacial, energía, seguridad y biomedicina. Las instalaciones de investigación incluyen equipos de última generación para síntesis, procesamiento, fabricación, y de caracterización de propiedades de los materiales, prestando especial atención a sus propiedades estructurales.

El Programa de Fabricación Avanzada es altamente interdisciplinar, abarcando los campos de fabricación de aleaciones, biomateriales, polímeros, compuestos y materiales para energía e integrando esfuerzos tanto experimentales como computacionales.

Nuestro objetivo es mejorar la calidad, la productividad, la rentabilidad y la sostenibilidad de los modelos de fabricación actuales, así como concebir y desarrollar novedosas técnicas híbrida de fabricación que permitan dar lugar a productos comerciales emergentes en el sector aeroespacial, biomédico, energético, automoción y en otros sectores industriales.

La innovación y el desarrollo de procesos efectivos se derivan de la comprensión de los fenómenos físicos y químicos que influyen en los procesos de fabricación. Por tanto, una parte clave de este programa pasa por la creación y desarrollo de modelos basados ​​en inteligencia artificial para predecir las rutas óptimas de fabricación y la calidad de los productos fabricados, así como el modelado y la comprensión de las interacciones herramienta-material. Este conocimiento fundamental se complementa con técnicas de caracterización de vanguardia necesarias para monitorizar la calidad de los productos fabricados, incluyendo su (micro) estructura y propiedades mecánicas y funcionales.

El programa de investigación Ingeniería Computacional de Materiales Integrada (ICME) busca integrar todas las herramientas de simulación disponibles en estrategias de modelado multiescala capaces de simular procesos, microestructura, propiedades y rendimiento de la ingeniería de materiales, para facilitar el desarrollo de nuevos materiales, su ensayo y optimización antes de que sean fabricados en el laboratorio. El objetivo de este programa es la ingeniería de materiales, i.e., entender cómo se desarrolla la microestructura de materiale durante su procesado (procesado virtual), la relación entre la microestructura y las propiedades del material (ensayo virtual) y cómo optimizar materiales para una aplicación concreta (diseño virtual). Además, los experimentos son una parte integral del programa de investigación, para calibrar y validar los modelos a diferentes escalas de tamaño y tiempo.

La experiencia de los investigadores del programa abarca un amplio abanico de técnicas de simulación a diferentes escalas (electrónica, atomística, mesoscópica y contínua) y se apoya en un clúster computacional de alto rendimiento.

El progreso en el desarrollo de nuevos materiales y métodos de procesado solo puede conseguirse a través de una comprensión minuciosa de la evolución de la microestructura, bien durante su procesado o durante su tiempo de servicio. Dado que los elementos microestructurales que determinan el comportamiento de un material, en general abarcan diferentes escalas (por ejemplo, desde la distribución de defectos macroscópicos a los precipitados a escala nanométrica en el caso de aleaciones metálicas), esta comprensión solo puede obtenerse a través de técnicas avanzadas de caracterización 4D, capaces de determinar la evolución de la microestructura 3-dimensional a lo largo del tiempo a diferentes escalas de tamaño (de ahí el nombre 4D). Este es precisamente el objetivo de este programa, i.e., entender la evolución de microestructura/defectos en materiales avanzados durante el procesado y tiempo de servicio utilizando técnicas de caracterización avanzadas.