Caracterización Multiescala de Materiales y Procesos

Objetivo y visión

Los avances en el desarrollo de nuevos materiales y métodos de procesamiento solo pueden lograrse mediante una comprensión profunda de la microestructura del material objeto de estudio, de su evolución durante el procesamiento o durante su funcionamiento en servicio, y de su influencia sobre las propiedades relevantes para la aplicación para la que fue diseñado. Dado que las características microestructurales que determinan el comportamiento de un material suelen abarcar varias escalas de longitud, por ejemplo, desde la distribución macroscópica de defectos hasta precipitados a escala nanométrica en el caso de las aleaciones metálicas, esta comprensión solo puede obtenerse mediante técnicas avanzadas de caracterización 4D, capaces de determinar la evolución de la microestructura tridimensional a lo largo del tiempo y en distintas escalas de longitud; de ahí el término 4D. Precisamente esta es la

objetivo de este programa: comprender la distribución y evolución de la microestructura y los defectos en materiales avanzados durante su procesamiento y servicio mediante técnicas avanzadas de caracterización.

Principales lineas de investigación

  • Caracterización multiescala mediante microscopía óptica y electrónica, rayos X, microscopía de fuerza atómica, espectroscopía Raman e inspección ultrasónica. Parte del equipamiento utilizado incluye:
    • FEG-TEM, incluyendo 3D-STEM y 3D-EDS, con plataforma in situ para ensayos mecánicos.
    • Tomógrafo de rayos X (XCT) con plataforma in situ para ensayos termomecánicos, hornos para tratamientos térmicos y observación de reacciones químicas, curado in situ de materiales compuestos e infiltración in situ de composites.
    • Tomografía por contraste de difracción (DCT). Esta técnica, incorporada recientemente en IMDEA Materiales, permite obtener tomografías a partir del haz difractado en muestras cristalinas, revelando la orientación tridimensional y el tamaño de grano en el interior de las probetas.
    • Difractómetro de rayos X (XRD) equipado para la determinación de tensiones residuales y textura, análisis por reflectometría, radiación Cu y Cr, detector lineal y horno in situ.
    • Microespectrómetro Raman con objetivos de 5x, 20x, 50x y 100x; láser Nd:YAG de 532 nm y 50 W; red de difracción de 1800 l/mm y resolución de 100 nm.
    • Sistemas SAXS/WAXS (dispersión de rayos X a bajo y gran ángulo) para el estudio de la cristalización en polímeros, composición química o de fases de películas, textura y orientación preferente de cristalitos, tamaño de cristalito y presencia de tensiones en películas.
  • Caracterización de una amplia variedad de materiales, como biomateriales, plásticos, composites de matriz metálica, composites reforzados con fibras, metales y nanomateriales, entre otros.
  • Uso de grandes instalaciones científicas, como fuentes de neutrones o de radiación sincrotrón, para caracterización avanzada.
  • Desarrollo de nuevas metodologías, incluyendo hardware para ensayos in situ y herramientas de software para la caracterización y análisis de materiales, incorporando además métodos de inteligencia artificial.
  • Estudios correlativos de materiales, combinando información obtenida mediante diferentes técnicas de caracterización.
  • Ensayos termomecánicos a distintas escalas de longitud: tracción, compresión, fatiga, fluencia (creep), etc., en el Microscopio Electrónico de Barrido (SEM) y mediante tomografía de rayos X.
  • Propiedades y mecanismos de deformación en volúmenes reducidos mediante ensayos nanomecánicos en Microscopios Electrónicos de Barrido y de Transmisión (SEM y TEM): propiedades de fases metálicas, interfaces, nanopartículas, nanomateriales basados en carbono, nanotubos de carbono, grafeno, etc.
  • Ensayos nanomecánicos a temperaturas elevadas.
  • Caracterización 4D de procesos mediante tomografía y difracción de rayos X: por ejemplo, solidificación de aleaciones metálicas, formación de fases y reacciones químicas en aleaciones metálicas, infiltración y flujo de resina en materiales compuestos, curado de composites, etc.
  • Digital modelling from 3D structures.
  • Integration of experimental statistical measurements into models.
  • Experimental confirmation of modelling results.
  • Experimental design based on models.

GRUPOS DE INVESTIGACIÓN

Bio / Chemo / Mecánica de Materiales

Materiales Compuestos Estructurales

Nanocompuestos Multifuncionales

Metalurgia Sostenible

Nanomecánica y Micromecánica

Caracterización de Materiales Mediante Rayos X