Los investigadores del IMEYMAT son usuarios y dirigen la Instalación Científico Técnica Singular en Microscopía Electrónica (ICTS-ELECMI), y son responsables científicos de otras instalaciones avanzadas de la UCA que permiten abordar y resolver problemas complejos de caracterización de materiales, tanto a nivel estructural como de composición, con resoluciones que abarcan desde la nano– a la micro- escala. Esos estudios se complementan con datos macro- obtenidos mediante otras técnicas convencionales, para relacionar la información estructural y analítica multi-escala con las propiedades físicas, químicas y de ingeniería de los materiales. 

El Instituto cuenta con investigadores con conocimientos sólidos sobre los fundamentos de las técnicas y amplia experiencia en su aplicación, que han desarrollado metodologías propias para estudios de muestras “in situ” y en condiciones próximas a las que operan los materiales en servicio, así como para elaborar tomografías que integran resultados 2D convirtiéndolos en imágenes tridimensionales. Todo ello aporta un valor diferencial frente a otros centros, gracias a técnicas TEM, SEM, AFM, FIB, XPS, cátodo-luminiscencia, elipsometría, FTIR, o RAMAN. 

El Instituto aborda proyectos de investigación interdisciplinares, desde los fundamentos científicos de la nanociencia, hasta el desarrollo de aplicaciones en varios sectores de actividad que abarcan la ciencia básica, el desarrollo de nuevos nanomateriales, y su empleo en diversas aplicaciones:

ENERGÍA Y MEDIO AMBIENTE

• Diseño racional, desarrollo y caracterización de catalizadores. Ultradispersión de metales nobles y catálisis por átomos aislados. Catalizadores para la producción de combustibles sostenibles, y la remediación ambiental. Fotocatálisis y Electrocatálisis para producción de hidrógeno verde y otros combustibles limpios. Valorización catalítica de biomasa y de CO2. Activación de catalizadores mediante aproximaciones innovadoras. Optimización de reacciones catalíticas para el ahorro energético y de recursos naturales. Diseño avanzado de reactores monolíticos de base metálica y de base cerámica.
• Nanofluidos y materiales con cambio de fase para aplicaciones en energía solar térmica. Innovadoras, competitivas y respetuosas con el medio ambiente. Materiales con propiedades térmicas avanzadas. Materiales semiconductores de nueva generación para dispositivos fotovoltaicos más eficientes y sostenibles.
• Incorporación controlada de dopantes a nanopartículas de TIO₂ para mejorar y ampliar su rango de foto eficiencia.
• Aerogeles para aislamiento térmico y acústico.
• Desarrollo de recipientes de acero inoxidable para almacenamiento de hidrógeno a alta presión.
• Uso de hidrógeno verde como combustible limpio para el tratamiento térmico de aceros. Comportamiento frente a la corrosión de los aceros producidos.

ELECTRÓNICA Y COMUNICACIONES

• Electrónica post-silicio. Electrónica verde con nuevos chips de diamante para convertidores de energía. Dispositivos JFET y MOSFET para electrónica de potencia. Canales optoactivados para dispositivos electrónicos “single photon” de nueva generación. Materiales para comunicación y computación cuántica.
• Fabricación aditiva de puntos cuánticos en el visible e IR para fotónica y nanoelectrónica.
• Estudios de dispositivos electrónicos mediante catodoluminiscencia y haces de iones (FIB).
• Desarrollo de nuevos sensores multiespectrales resistentes a la radiación para aplicaciones satelitales.
• Caracterización nanoestructural y nanoanalítica de estructuras complejas desarrolladas sobre sustratos semiconductores III-V. Simulación de nanoestructuras y nanodispositivos. Semiconductores cuánticos con antimonio.
• Sensores piezoléctricos basados en diamante para medición de vibraciones y aprovechamiento de la energía vibracional.
• Caracterización óptica de películas delgadas.

SALUD Y BIOECONOMÍA

• Nanomateriales aplicados al diseño y desarrollo de Biosensores multiparamétricos para el análisis en continuo de muestras biomédicas. Síntesis verde de nanomateriales para biosensores.
• Aerogeles híbridos biocompatibles como soportes para crecimiento de tejidos celulares.
• Texturizado láser de aceros inoxidables para aplicaciones antimicrobianas en entornos sanitarios y de industrias alimentarias.
• Diseño y fabricación de instrumental médico innovador mediante fabricación aditiva.
• Desarrollo de técnicas de Bioimpresión 3D aplicadas a implantes médicos, con biopolímeros modificados y funcionalizados.
• Nanofluidos luminiscentes de aplicación como nanotermómetros en organismos vivos.
• Biosensores con aplicaciones en agricultura y medio ambiente.
• Valorización de residuos agrícolas y de arribazones mediante técnicas de fabricación aditiva.

CONSTRUCCIÓN

• Diseño y desarrollo de materiales inteligentes mediante el control de su nanoestructura y propiedades superficiales, para su aplicación en construcción y en tratamientos para la conservación y restauración del patrimonio monumental. Aditivos consolidantes.
• Materiales con propiedades de humectación inteligente para protección de hormigón: demostración a escala industrial.
• Superficies inteligentes con propiedades repelentes, auto-limpiantes, descontaminantes y auto-esterilizantes.
• Recubrimientos termocrómicos, antireflectantes y autolimpiante para ventanas inteligentes pasivas.
• Morteros innovadores aditivados con materiales de cambio de fase.

El IMEYMAT dispone de capacidades tecnológicas para mejorar la eficiencia, calidad y flexibilidad de procesos de producción de piezas de distintas naturalezas y geometrías, incluyendo grandes formatos, así como para estudiar el comportamiento de los materiales en servicio. Los sectores principales de aplicación son Transporte (Aeroespacial y Naval) y Defensa, ampliándose a otros sectores industriales.

Todo ello se viene aplicando al desarrollo de proyectos de investigación en los siguientes temas:

• Sostenibilidad, circularidad y eco diseño en procesos de fabricación.
• Desarrollo de herramientas informáticas sostenibles para impresión 3D.
• Procesado sostenible de materiales metálicos mediante fabricación aditiva e inteligencia artificial.
• Aeroestructuras con propiedades superficiales avanzadas para aviones de bajas emisiones.
• Fabricación aditiva metálica con aceros y aleaciones especiales, incluyendo grandes formatos y tratamientos de acabado mediante mecanizado, o electropulido.
• Optimización de Soldadura híbrida Láser-Arco de altos espesores, mediante el Centro Avanzado de Soldadura Láser (CASOL).
• Nuevas generaciones de tratamientos anti corrosivos para la protección de metales y aleaciones.
• Desgaste de materiales y herramientas: estudios tribológicos sobre materiales metálicos o cerámicos.
• Optimización de procesos de taladrado: perforación inteligente en aeronáutica avanzada.
• Aplicación de técnicas de visión artificial al desarrollo y optimización de procesos.
• Optimización de procesos de corte AWJM de componentes de fibra de carbono de altos espesores.
• Materiales de embalaje sostenibles para aeroestructuras.
• Impresión 3D de matriz polimérica en grandes formatos: Selección y optimización de materiales, prototipado, y circularidad.
• Diseño y fabricación en materiales compuestos de prototipos de aero estructuras y embarcaciones.
• Estandarización de plásticos reciclados para su uso en fabricación aditiva. Segunda vida para los residuos plásticos oceánicos mediante su conversión en resinas sostenibles para impresión 3D.
• Desarrollo de materiales compuestos de matriz polimérica mediante fabricación aditiva como segunda vida de residuos agrícolas e industriales.