1www.grupoantolin.com

NANOFIBRAS DE CARBONO DE NANOFIBRAS DE CARBONO DE GRUPO ANTOLIN (GANF)GRUPO ANTOLIN (GANF)

2008 FORO SOBRE2008 FORO SOBRENuevos Materiales y nanotecnologNuevos Materiales y nanotecnolog ííaa

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Los parámetros caracteristicos de este proceso son:

• Temperatura: 1050 - 1100ºC.• Partículas catalíticas: Elementos del groupo

VIII de la tabla periódica tales como hierro, níquel o cobalto, o aleaciones de ellos.

• Fuente de Carbono: Hidrocarburos tales como benceno, n-hexano, metano y acetileno.

El catalizador metálico se introduce de manera continua por la parte superior de la cámara de reacción. El catalizador desciende a lo largo del horno y los hidrocarburos se descomponen sobre la superficie del catalizador dando lugar al crecimiento y engrosamiento de las nanofibras de carbono.

Estado del Arte de la fabricación de Nanofibras de Carbono (2)

Técnica del catalizador flotante :

HYDROGEN

GAS

CATALYTIC SEEDS

AND CARBON

CARBON

NANOFIBRES

HYDROGEN

GAS

CATALYTIC SEEDS

AND CARBON

CARBON

NANOFIBRES

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Nanofibras de Carbono del Grupo Antolin (GANF):Morfología y distribución de diámetros

Diameter (nm)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

Fre

quen

cy

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

DISTRIBUCION DE DIAMETROS DE GANF

TEM (Microscopía Electrónica de Transmisión)

SEM (Microscopía Electrónica de Barrido)

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Estructura grafítica: Helicoide

Ausencia de carbon amorfo pirolítico

Material altamente grafítico

Estructura de GANF

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Productos disponibles con GANF

Polvo: bolsas de250 g de GANF

Concentrados termoplásticos

Suspensiones en disolventes, pinturas

dispersioiones en resinas

NanopregCerámicas conductoras

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Propiedades de las Nanofibras de Carbono GANF

PropiedadesPropiedadesElElééctricasctricas

PropiedadesPropiedadesTTéérmicasrmicas

PropiedadesPropiedadesMecMecáánicasnicas

PropiedadesPropiedadesTribolTribol óógicasgicas

PropiedadesPropiedadesElectroquElectroqu íímicasmicas

NANOFIBRASNANOFIBRASDEDE

CARBONOCARBONOGANFGANF

Las nanofibras de carbono GANF contribuyen a mejora r los materiales a los que se incorporan con las propiedades siguientes:

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Potenciales aplicaciones de las nanofibras de carbo no GANF

Adhesivos conductoresMicroelectronica

SensoresDisipación de calor

Apantallamiento electomagnéticoRocket ablative nanocomposite

Recubrimientos y pinturas conductorasAbsorción de microondas

Sistema de conducción de combustiblePaneles para pintado electrostáticoElectronicas embebidasSistemas de frenadoComponentes de motor

Eliminación de carga electrostáticaProtección electromagnéticaSemiconductorAdhesivos conductoresMicroelectronicaSensoresComponentes ordenadores

Pilas de combustible:Placas bipolares

Soporte catalizadorSupercondensadores

Baterias de ion-litio

AutomAutom óóvilvil

EnergEnerg ííaaNANOFIBRASNANOFIBRAS

DE DE CARBONOCARBONO

GANFGANF

AerospacioAerospacioyy

AeronauticaAeronautica

ElectrElectr óónicanica

QuQuíímicamicaTextilTextil Soporte de catalizadorTextiles funcionales

8

AutomAutom óóvilvil

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Nanofibras de carbono GANF en matrices poliméricas: conductividad eléctrica

Composites electrical resistivity

Res

istiv

ity (

Ohm

·cm

)

Static Discharge

EMI Shielding

Electrostatic painting

1x10 12

1x10 8

1x10 2

1x10 -2

Packaging materials for

ESD sensitive items

Boxes Transport trays

Fuel tank Fuel lines Fuel filler

cap

O-rings Fuel filters

Fuel s ystem components

Bumper Fender

Door Handles Mirror

housing

Injection moldi ng e-paintable plastic parts

Conductive adhesives and paints

EMI Shielding Fuel cells

Reinforced thermoset parts for electrostatic painting

Exterior automotive parts

Cleanroom equipment

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Juntas Tóricas

Fluoropolímero

Tanque de combustible

HDPE

Líneas de combustible

Nylon 11 y 12

Bomba de combustible

Nylon 11 y 12

Sistema de transporte combustible:Disipación de cargas electrostáticas

Fuente: http://www.automotive.dupont.com/en/systems/fuelSys/fuelDelivery.html

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Objetivos del nuevo proyecto 2005-2006

Nanofibras de carbon GANF en matrices poliméricas p ara exterior: Pintado Electrostático

Soporte retrovisor DefensaAleta

www.designinsite.dk

Las gotas de pintura salen de la boquilla con una carga proporcional al voltaje

La carrocería del coche conectada a tierra atrae las cargas

El material compuesto de matriz polimérica puede ser pintado junto con el resto de la carrocería y tratado al mismo tiempo que los materiales metálicos

Ventajas

Superficie uniforme y capa muy fina

Muy buen acabado

Menores necesidades de pintura

Reducción de costes

Bajas emisiones

Carrocería

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Procesos de fabricación de Materiales Compuestos de matriz polimérica termoestable

Consolidation by vacuum (bag)

Consolidation by resin pressure

Consolidation by press

Three types of consolidation

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Nanomateriales compuestos sinterizados

Nanomateriales compuestos con alta densidad conteniendo nanofibras de carbono obtenidos por sinterización a baja temperatura son interesantes en un amplio rango de aplicaciones industriales

Sinterización no convencional SPS ( Spark Plasma Sintering)

•Técnica novedosa de sinterización permite una fabricación rápida de un material denso

•El sinterizado se consigue por un calentamiento por el paso de una corriente pulsada de alto amperaje atravesando la muestra

y presión uniaxial.

Materiales densos de nanofibras de carbono GANF con propiedades eléctricas y mecánicas semejantes al grafito han sido onbtenidos con esta técnica

Materiales compuestos densos de nanofibras de carbono en diferentes proporciones con alúmina nanométrica, LAS, ... han sido obtenidos con esta técnica

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Frenos de altas prestaciones

Las Nanofibras de carbon GANF pueden ser utilizadas en discos y pastillas de frenos de altas prestaciones, since they present excellent tribological properties:

Frenos CARBONO-CARBONO: materiales compuestos C-C c on fibras de carbonoen una matriz de carbono reforzda adicionalm ente con nanofibras de carbono

frenos CERAMICA-CARBONO: materiales compuestos de m atriz cerámica de altas prestaciones ( http://www.nanoker-society.org/ ) con nanofibras de carbono GANF

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Mecanizado por Electroerosión (EDM)

Piezas de motor pueden ser obtenidas por EDM (Elect ro Discharge Machining) a partir de MATERIALES COMPUESTOS CERAMICA-CARBONO conteniendo nanofibras de carbono GANF

Arranque de material mediante arco eléctrico entre la pieza y el electrodo en un medio dieléctrico. Esta técnica permite el mecanizado de materiales independientemente de su dureza

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EnergEnerg ííaa

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Baterías de ion-litio

Cilíndrica

Prismática

Material activo en el ánodo

Material para mejorar la conductividad en ánodo y cátodo ( GANF)

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Construcción de un supercondensador de doble capa eléctrica (EDLC)

Supercapacitors or ultracapacitors

Material activo

Material para mejorar la conductividad de los Material para mejorar la conductividad de los electrodos: GANFelectrodos: GANF

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PLACAS BIPOLARES

SCHUNK GANF-BIOKER

PROPIEDADES FíSICAS

Densidad (g/cm3) 1.90 2.00

PROPIEDADES MECÁNICAS

Resistencia a Flexión (MPa) 40 80

Dureza(GPa) 3

PROPIEDADES ELÉCTRICAS

Resistividad (Ω⋅cm) 10-2 10-2

PROPIEDADES TÉRMICAS

Conductividad térmica (W/m·K) 55 50

La adición de nanofibras de carbono GANF carbon nan ofibres en materiales cerámicos nanoestructurados http://www.nanoker-society.org/ permite conseguir excelentes propiedades mecánicas y eléctricas

Comparación entre las placas bipolares comerciales de grafito de Schunk y las de cerámica nanoestructurada/GANF

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ElectrElectr óónicanica

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Adhesivos con conductividad eléctrica y térmica

Adhesivo con nanofibras de carbono para disipación de calor en circuitos electrónicos

Thermal conductivity:

1950 W/mK

Adición de nanofibras de carbono GANF al adhesivo mejora considerablemente su conductividad térmica

Sustitución del contenido metálico en adhesivos comerciales por nanofibras de carbono GANF permite una reducción de peso

El coeficiente de expansión térmica (CTE) de las nanofibras de carbono es mucho menor que el de los metales, esto contribuye a mejorar la estabilidad dimensional de los adhesivos conductores

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Tintas conductoras

En general, las tintas conductoras poseen pobres propiedades mecánicas, es posible mejorarlas mediante la incorporación de nanofibras de carbono en vez de partículas mecánicas.

Las nanofibras de carbono son un excelente material para mejorar las propiedades mecánicas de las tinta s y al mismo tiempo dotarlas de conductividades térmica y eléctrica.

Las tintas conductoras basadas en nanofibras de carbono pueden ser usadas en circuitos eléctricos flexibles

Es necesario estudiar la degradación de estas nueva s tintas bajo diferentes condiciones medioambientales

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Aerospacio yAerospacio yaeronaeron ááuticautica

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Contribución de las nanofibras de carbono en materi als usados en la industria aeronáutica

Nanofibras de Carbono GANF pueden utilizarse en diferentes materiales en la industria aeronáutica :

Adhesivos

Tintas

Pinturas y recubrimientos

Materiales compuestos multifuncionales

Buckypapers

contribuyendo principalmente a:

Impartir propiedades eléctricas y térmicas

Permitir una sensorización estructural

Sistemas de calentamiento anti-hielo

Sistemas de protección frente al rayo

Disipación electroestática y protección electromagn ética

Mejora de las propiedades mecánicas

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Adhesivos con conductividad eléctrica

La modificación de adhesivos estructurales con nanofibras de carbono permite alcanzar una elevada altas conductividades eléctricas manteniendo o mejorando las propiedades mecánicas del adhesivo

Adhesivos con capacidad de disipación de cargas electrostáticas, que permitan el diseño de estructuras con protección frente al rayo

Se pueden hacer formulaciones de adhesivos base epoxi con nanofibras de carbono con conductividades eléctricas que permiten su utilización en antenas o sistemas de apantallamient o electromagnético

1.00 1.00

Silver-Filled Epoxy Junction

Current Approach

Metallic Standoff

Structural Adhesive

1.00 1.00

Silver-Filled Epoxy Junction

Metallic Standoff

Structural Adhesive

Adhesivo conductor permite la conductividad eléctrica a lo largo de toda la estructura

Unión estructural con adhesivo conductor para dispación de cargas electrostáticas

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Pinturas y recubrimientos con conductividad eléctri ca y absorción de radar

Recubrimientos para sistemas de disipación de carga s electrostáticas y protección frente al rayo

Recubrimientos para apantallamiento electromagnétic o o de radio frecuencia para evitar interferencias

Materiales absorbentes de radar (RAM, Radar Absorpt ion Materials) en fase de investigación

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Materials compuestos multi-funcionales conteniendo de nanofibras de carbono representan unaalternativa al tradicional material compuesto con fibras de carbono en laminados y resina epoxi, contribuyendo, a la vez, con menor peso y nuevas pr opiedades (conductividad eléctrica y térmica, bajo coeficiente de expansión térmica)

Las nanofibras de carbono contribuyen también mejor ando las propiedades mecánicas en la dirección transversal del laminado

Materiales compuestos multifuncionales.Sensorizacion Estructural

Las nanofibras de carbono interconectadas dentro de la matriz polimérica actuarian como una red sensorial similar a las neuronas en el cuerpo humano

Las propiedades sensoriales de las nanofibras de carbono permitirían una “sensorización estructural” de la estructura a través de la monitorización de los posibles cambios en la resistencia eléctrica entre puntos críticos

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El hielo acumulado en las alas de los aviones sobre carga la estructura. Este se puede eliminar por efecto Jo ule ajustando la resistencia eléctrica mediante la incoprporación de nanofibras de carbono en la matri z polimérica .

Materiales compuestos multifuncionales.Sistemas anti-hielo

Q = R · I2 · t (Joule Effect)

Uniform heating of composite material

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Materiales compuestos multifuncionales.Propiedades mecánicas

Las nanofibras de carbono incrementan fácilmente la rigidez de las resinas

La optimización de las características de la superf icie permite obtener una buena adhesión con la matriz mejorando la resistencia mecánica del material

Adicionalmente se han observado mejoras en otras propiedades (tribológicas, fatiga y ductibilidad)

También se mejoran las propiedades en el eje Z en l os materiales compuestos, perpendicular a los laminado s con fibra de carbono larga

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Materiales compuestos para Sistemas de Frenado

Las nanofibras de carbono GANF pueden ser usadas en materiales compuestos para sistema de frenado de aviones debido a sus propieda des tribológicas

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Nanofibras de Carbono GANF como segundas fases en L AS ( Li2O-Al2O3-SiO2), mejoran la estabilidad dimensional y las propiedade s térmicas y eléctricas en estos materiales compuestos

Espejos para aplicaciones espaciales

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El desarrollo inicial de la fibra recibió ayudas de los programas:

ATICA PROFIT ADE CyL

Para el desarrollo de aplicaciones innovadoras:

NACAR CRAFT CENIT DOMINO NANOKER (VI Programa Marco)

Han colaborado:

Las Universidades de Alicante, Oviedo, Complutense y Zaragoza

CSIC: Centro de Investigación en Nanociencia y Nano tecnología (Oviedo)

Instituto de Cerámica y Vidrio (Madrid)

Instituto Nacional del Carbón (Oviedo)

Instituto de Ciencias de Materiales (Madrid)

Instituto de Estructura de la Materia (Madrid)

Instituto tecnológico CIDAUT

Programas de ayuda

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