Szczerba OPUS-22

Temat projektu: Właściwości zmęczeniowe stopów na bazie Ni-Mn-Ga otrzymanych metodą szybkiej krystalizacji

Konkurs: OPUS-22

Projekt badawczy nr: 2021/43/B/ST8/02745

Kierownik projektu: dr hab. inż. Maciej Szczerba

Głównym celem projektu jest przeprowadzenie dogłębnej analizy właściwości zmęczeniowych szerokiej gamy materiałów na bazie stopów Ni-Mn-Ga otrzymanych metodą odlewania na wirujący walec. Metodą tą otrzymuje się materiał w postaci cienkich taśm o grubości kilku mikrometrów. W bieżącym roku po raz pierwszy wykazano tzw. efekt magnetycznie indukowanego zginania w stopach na bazie Ni-Mn-Ga otrzymywanych metodą odlewania na wirujący walec. Zjawisko to przypomina zachowanie uginającego się w polu magnetycznym ferromagnetycznego drutu żelaznego. Wówczas efekt zginania powstaje w wyniku działania momentu magnetycznego. W przeciwieństwie do drutu żelaznego, który w znacznym stopniu ulega odkształceniu sprężystemu, wykazano, że magnetyczne stopy z pamięcią kształtu podczas ugięcia mogą ulec pewnemu odkształceniu plastycznemu. Chociaż, w typowych zastosowaniach tego typu materiałów np. w przetwornikach lub siłownikach, efekt magnetycznie indukowanego zginania może być niepożądany, prowadząc do tarcia i ograniczonej żywotności cyklu, to może okazać się korzystne dla nowych funkcjonalnych zastosowań np. w mechanizmach napędowych biopodobnych: płetw lub ogonów kijanek. W tym kontekście, materiał w formie taśm o średnim współczynniku kształtu przekraczającym wartość 100 okazują się wyjątkowo atrakcyjne ze względu na specyfikę geometrii taśmy, jak również łatwość i skalowalność samej techniki odlewania na wirujący walec. Z tego punktu widzenia, analiza zmęczeniowa tego rodzaju materiału poddanego cyklicznemu efektowi zginania wywołanemu zewnętrznym polem magnetycznym, jak również zewnętrznym obciążeniom o charakterze mechanicznym, jest ważnym zagadnieniem do dalszego eksperymentalnego wykorzystania, co jest głównym celem niniejszego projektu. Materiał wytworzony tą metodą charakteryzuje się silną anizotropią mikrostruktury wzdłuż przekroju poprzecznego. Projekt obejmuje więc analizę właściwości zmęczeniowych w materiałach silnie anizotropowych z punktu widzenia mikrostruktury. W związku z tym należy się również spodziewać różnych właściwości zmęczeniowych w zależności od geometrii wstęgi, w odniesieniu do obciążenia zewnętrznego, jak również kierunku zewnętrznego pola magnetycznego. Kolejnym celem badawczym będzie analiza efektu obróbki cieplnej odlewanych taśm i wpływu tej obróbki na ich właściwości zmęczeniowe. Zakłada się, że obróbka cieplna silnie zmodyfikuje mikrostrukturę, naprężenia wewnętrzne otrzymanych taśm, a także zwiększy stopień uporządkowania atomowego. Podjęta zostanie próba rozróżnienia wpływu zjawiska zdrowienia od następującego po nim etapu rekrystalizacji, na właściwości zmęczeniowe tego materiału. W wyniku tej dogłębnej analizy możliwe będzie zoptymalizowanie stosowanej obróbki cieplnej w celu maksymalizacji cykli podczas badań zmęczeniowych przy zachowaniu właściwości użytkowych materiału. W ramach projektu zostanie również zbadany wpływ składu chemicznego na właściwości zmęczeniowe.

Łącznie zostanie wytworzonych 25 zestawów taśm o różnym składzie chemicznym, które zostaną poddane analizie zmęczeniowej właściwości magneto-mechanicznych, a także poddane dogłębnej analizie mikrostrukturalnej i fazowej oraz analizie wpływu obróbki cieplnej i związanych z nią zmian mikrostrukturalnych na właściwości zmęczeniowe i ich optymalizację .Tak szeroko zaplanowany projekt badawczy dostarczy ogromnej bazy danych, która umożliwi projektowanie tego typu materiałów i optymalizację ich właściwości użytkowych.

Temat projektu: Inżynieria materiałowa dla społeczeństwa

Projekt finansowany ze środków budżetu państwa, przyznanych przez Ministra Edukacji i Nauki w ramach Programu „Nauka dla Społeczeństwa II"

Projekt nr: NdS-II/SP/0061/2024/01

Kierownik projektu: dr hab. inż. Paweł Czaja

Głównym celem projektu jest popularyzacja nowych materiałów inżynierskich, opracowanych przez polskie ośrodki i zespoły badawcze, istotnych dla społecznego i cywilizacyjnego rozwoju, a także promowanie współpracy pomiędzy instytucjami naukowo-badawczymi a podmiotami gospodarczymi. Grupą docelową są przedstawiciele młodego pokolenia, uczniowie starszych klas szkół podstawowych i ponadpodstawowych, oraz dorośli spoza systemu edukacji, z otoczenia społeczno-gospodarczego i wszyscy zainteresowani. Głównym założeniem projektu jest realizacja 3 podstawowych działań:

1. Opracowanie multimedialnego suplementu do podręczników szkolnych dotyczącego nauki o materiałach.

2. Wyprodukowanie serii podcastów i videocastów promujących wiedzę o nowoczesnych materiałach i polskich ośrodkach naukowych i zatrudnionych w nich naukowcach.

3. Realizację wykładów popularnonaukowych na terenie województwa Małopolskiego.

Podstawową grupę docelową odbiorców ww. działań stanowić będzie młodzież szkolna klas VII i VIII szkół podstawowych oraz uczniów szkół ponadpodstawowych. Jednak dzięki publikacji wytworzonych w toku realizacji projektu profesjonalnych materiałów multimedialnych w ogólnodostępnych, darmowych mediach społecznościowych dodatkowymi beneficjentami projektu będą osoby spoza systemu edukacji niezależnie od wieku, czy miejsca zamieszkania. Co do zasady projekt realizowany będzie w języku polskim, jednak z uwagi na szczególne potrzeby polskich szkół wynikających z aktualnej sytuacji geopolitycznej planowane jest dostosowanie materiałów multimedialnych również dla uczniów z Ukrainy.

Więcej informacji na temat projektu

Temat projektu: Opracowanie nowoczesnego łącznika implantu stomatologicznego wykonanego z technicznie czystego tytanu pokrytego powłoką antybakteryjną

Konkurs: LIDER XIII, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju

Projekt badawczy nr: LIDER13/0175/2022

Kierownik projektu: dr inż. Łukasz Maj

Powłoki antybakteryjne wytwarzane na powierzchni biomateriałów zyskały duże znaczenie w medycynie z uwagi na konieczność ochrony elementów umieszczanych w ciele ludzkim przed kolonizacją bakterii powodujących tworzenie stanów zapalnych w obszarze otaczających tkanek. Wyprodukowanie takich powłok jest szczególnie pożądane w przypadku trójczęściowych systemów implantologicznych wykorzystywanych w stomatologii i protetyce. Należy podkreślić, iż łącznik nadbudowy implantu jest miejscem wyjątkowo narażonym na adhezję komórek bakteryjnych. Dlatego, powłoki zostaną wytworzone metodą utleniania mikro-łukowego na powierzchni nowego typu łącznika wykonanego z technicznie czystego tytanu poddanego obróbce plastycznej za pomocą wyciskania hydrostatycznego. Materiał podłoża prezentuje silną anizotropię mikrostrukturę, co wpływa na mikrostrukturę i własności tribologiczne wytworzonych powłok, co zostało udowodnione w ramach badań wstępnych. Dlatego, wykorzystanie zaawansowanych metod skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej wsparte badaniami własności tribologicznych, takich jak adhezja czy odporność na ścieranie wytworzonych powłok pozwoli na zoptymalizowanie parametrów procesu utleniania mikro-łukowego celem uzyskania materiału spełniającego wymagania stawiane tego rodzaju materiałom. Badania in vitro adhezji komórek bakteryjnych oraz kinetyki uwalniania jonów pozwolą na wyselekcjonowanie powłok o odpowiedniej zawartości pierwiastków przeciwdrobnoustrojowych. Jako produkt końcowy zostanie zaprojektowany i wytworzony prototyp łącznika stomatologicznego wykonanego z technicznie czystego tytanu poddanego wyciskaniu hydrostatycznemu pokrytego powłoką o działaniu antybakteryjnym wytworzoną metodą utleniania mikro-łukowego. Opracowanie takiego elementu stanowić będzie znaczny rozwój w dziedzinie implantologii stomatologicznej i protetyki pozwalając na ograniczenie szkodliwego wpływu bakterii na stan jamy ustnej i poprawę komfortu życia pacjentów.

Temat projektu: Otrzymywanie i charakterystyka nowych materiałów do perowskitowych ogniw słonecznych

Konkurs: OPUS 15

Projekt badawczy nr 2018/31/B/ST8/03294

Kierownik projektu: dr hab. Marek Lipiński

Projekt realizowany przez Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej im. Aleksandra Krupkowskiego Polskiej Akademii Nauk i Uniwersytet Śląski w Katowicach , Wydział Nauk Ścisłych i Technicznych, działających w ramach konsorcjum naukowego.

Projekt poświęcony jest opracowaniu nowych materiałów z przeznaczeniem do wykorzystania w perowskitowych ogniwach słonecznych. Ogniwa tego rodzaju należą do najnowszej technologii, która przed kilkoma laty dokonała przełomu w fotowoltaice czyli w dziedzinie zajmującej się konwersją energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną.
Prace w ramach projektu skoncentrowane były na opracowaniu halogenkowych perowskitów i materiałów transportujących dziury (HTM) oraz metod wytwarzania struktur ogniw o najwyższej sprawności i stabilności.
Najważniejszym rezultatem było opracowanie technologii planarnych ogniw perowskitowych, w których użyto perowskitu FAPbI3 i perowskitu o strukturze dwuwymiarowej 2D
z wykorzystaniem OAI (jodku oktyloamoniowego). Średnia sprawność ogniw wynosi 20% z rekordową sprawnością 22%. Wyniki przedstawiono w publikacji: [1].
Drugim ważnym osiągnięciem było opracowanie ogniw w oparciu o perowskit nieorganiczny CsPbBr3. Uzyskane wyniki stały się bazą dla uzyskania projektu pt. Semitransparentne kolorowe ogniwa słoneczne oparte na nieorganicznych materiałach halogenkowych o wysokiej stabilności w ramach konkursu TANGO V (Nr. TANGO-V-C/0014/2021).

[1]. Sylvester Sahayaraj, Zbigniew Starowicz, Marcin Ziółek, Robert Socha, Łukasz Major, Anna Góral, Katarzyna Gawlińska-Nęcek, Marcin Palewicz, Andrzej Sikora, Tomasz Piasecki, Teodor Gotszalk and Marek Lipiński, Synergistic Effect of Precursor and Interface Engineering Enables High Efficiencies in FAPbI3 Perovskite Solar Cells, Materials, 16(15), 2023, 5656. https://doi.org/10.3390/ma16155352