Interdyscyplinarne Środowiskowe Studia Doktoranckie "Fizyczne, Chemiczne i Biofizyczne Podstawy Nowoczesnych Technologii i Inżynierii Materiałowej " (FCB)
Tytuł projektu
Interdyscyplinarne Środowiskowe Studia Doktoranckie "Fizyczne, Chemiczne i Biofizyczne Podstawy Nowoczesnych Technologii i Inżynierii Materiałowej " (FCB)
Nazwa Beneficjenta/Beneficjentów
Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków
Nazwa programu
Program Operacyjny Wiedza Edukacja Rozwój
Konkurs
Interdyscyplinarne Programy Studiów Doktoranckich - Interdyscyplinarne Środowiskowe Studia Doktoranckie "Fizyczne, Chemiczne i Biofizyczne Podstawy Nowoczesnych Technologii i Inżynierii Materiałowej" (FCB)
Wartość projektu
10123883 zł na 75 beneficjentów
Wartość dofinansowania
134895 zł na jednego doktoranta
Okres realizacji projektu
1.09.2017-31.08.2022 (przedłużony do 31.10.2023)
Zobacz efekty naszej pracy
Praca dotyczyła poszukiwania źródeł poprawy właściwości mechanicznych i biofizycznych czystego tytanu otrzymanego na drodze niekonwencjonalnej metody odkształcenia plastycznego.
Najbardziej znaczącym i oryginalnym rezultatem pracy było dotarcie do czynników mających wpływ na dynamiczną odpowiedź komórkową zachodzącą na powierzchni wyciskanego hydrostatycznie tytanu. Ponadto, dokonano dogłębnej charakterystyki parametrów powodujących wzrost wytrzymałości materiału. W trakcie realizacji badań przeprowadzono także szczegółową analizę zmian mikrostruktury tytanu w trakcie procesu wyciskania hydrostatycznego oraz znaczenia niskotemperaturowego wyżarzania na właściwości mechaniczne i mikrostrukturę tytanu. W efekcie powstały 4 artykuły naukowe, poszerzające obecny stan wiedzy z zakresu odkształcenia plastycznego tytanu, a także jego właściwości biofizycznych i mechanicznych.
Publikacje
Jaki problem rozwiązuje nasz projekt?
Obserwowane na przestrzeni ostatnich lat zainteresowanie materiałami ultradrobnoziarnistymi, otrzymywanymi przy pomocy technik intensywnego odkształcenia plastycznego, tzw. metod SPD, podyktowane jest koniecznością miniaturyzacji obiektów oraz udoskonalania ich właściwości. Biomateriały otrzymywane przy pomocy metod SPD charakteryzują się zwiększoną wytrzymałością mechaniczną oraz odpornością korozyjną i biozgodnością, a zatem zestawem cech kluczowych z punktu widzenia potencjalnych zastosowań biomedycznych. Powszechnie uważa się, że rozdrobnienie mikrostruktury determinuje wytrzymałość materiału, jednak kwestia genezy zmodyfikowanych, ulepszonych właściwości biofizycznych pozostaje niejasna. Głównym celem pracy było określenie czynników wpływających na poprawę właściwości mechanicznych oraz biofizycznych czystego tytanu poddanego procesowi wyciskania hydrostatycznego.
Przeprowadzone badania wykazały, że o właściwościach mechanicznych materiału w dużej mierze decyduje silna podstruktura oraz olbrzymi udział granic dużego kąta. Dzięki procesowi wyciskania hydrostatycznego możliwy jest niemal dwukrotny wzrost wytrzymałości czystego tytanu w zestawieniu z materiałem gruboziarnistym, nieodkształconym. Tytan otrzymywany metodą wyciskania hydrostatycznego charakteryzuje się anizotropią właściwości biofizycznych. Niezależnie od analizowanej linii komórkowej czy roztworu białka, niewielki rozmiar ziarna, hydrofilowość, chropowatość powierzchni czy jej skład chemiczny nie mają decydującego wpływu na odpowiedź komórkową materiału. Obecność defektów powierzchniowych oraz płaszczyzn pryzmatycznych zdaje się mieć kluczowe znaczenie dla prawidłowego rozwoju komórek na powierzchni materiału poddanego procesowi SPD. Wyciskany hydrostatycznie tytan może znaleźć zastosowanie w stomatologii i ortopedii ze względu na intensywność procesów komórkowych zachodzących na jego powierzchni z udziałem osteoblastów.
Kto skorzysta z wyników projektu?
Wyniki projektu znacznie poszerzają obecny stan wiedzy dotyczącej odkształcenia plastycznego tytanu, materiałów wyciskanych hydrostatycznie oraz biomateriałów metalicznych w kontekście ich biokompatybilności. Pozytywny wpływ orientacji krystalograficznej ziaren na odpowiedź komórkową materiału toruje drogę do projektowania i wytwarzania nowoczesnych materiałów do zastosowań biomedycznych. Z wyników projektu skorzystają inżynierowie materiałowi oraz biotechnolodzy trudniący się w swej pracy zjawiskami zachodzącymi na granicy faz materiał/komórka. Dodatkowo, rezultaty projektu mogą być pomocne w wytwarzaniu niekonwencjonalnych materiałów na bazie tytanu o wysokiej wytrzymałości mechanicznej. Uzyskane w projekcie dane wskazują na pozytywny wpływ niskotemperaturowego wyżarzania na plastyczność tytanu o wysokiej wytrzymałości, a zatem wyniki projektu mogą okazać się istotne dla specjalistów z dziedziny metalurgii, w tym technologii obróbki plastycznej i cieplnej materiałów.