Projekti / Programi
Topološko oblikovani magnezijeve zlitine za biomedicinsko uprabo
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.02 |
Tehnika |
Materiali |
Kovinski materiali |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T450 |
Tehnološke vede |
Kovinska tehnologija, metalurgija, kovinski izdelki |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
Magnezijeve zlitine, kontrola strukture, deformacijska obdelava, površine magnezija, oksidacija magnezija, korozija magnezija, bio-korozija
Raziskovalci (9)
Organizacije (2)
Povzetek
Glavni cilj tega predloga je razvoj naprednih magnezijevih (Mg) zlitin za uporabo v biomedicini ter tudi v transportu, kjer se uporabljajo lahki materiali. Mg je izbran zaradi izjemnega, vendar neizkoriščenega potenciala za različne aplikacije, zaradi edinstvene kombinacije lastnosti, ki vključuje visoko razmerje trdnost-gostota, odlično okoljsko stabilnost ter izredno biokompatibilnost. Zlitine bodo sestavljene iz lahko dostopnih in cenovno ugodnih sestavin, ki se jih zlahka pridobi znotraj EU, kar bo vplivalo na izboljšanje varnosti, trajnostnega razvoja ter socioekonomske uspešnosti Slovencev, Evropejcev ter drugih.
Ti cilji bodo doseženi preko nadzora strukturnih karakteristik Mg zlitin na več ravneh, osnovane pa bodo na topoloških principih. Na nano-ravni bomo nadzirali orientiranost, velikost ter gostoto intermetalnih precipitatov, kot tudi ureditve atomov topljenca znotraj Mg matrice v trdnih raztopinah z metodami zlitja oziroma nizko-temperaturne termo-mehanske obdelave. Na mikro-ravni bo nadzor nad porazdelitvijo delcev, strukturnimi dislokacijami in mej med zrni potekal preko procesov ekstremne plastične deformacije pod visokimi pritiski in z naprednimi metodami toplotne obdelave. Na makro-ravni bo potekal nadzor teksture in prostorske porazdelitve zrn v polikristaliničnem materialu (npr. homogene, bimodalne, gradientne ali ‘harmonične’ strukture). Dosežen bo preko deformacij ter tehnik, ki temeljijo na praškovni metalurgiji. Prej omenjen nadzor nad makroskopskimi strukturami v Mg zlitinah bo omogočal doseganje izjemne kontrole nad strukturo površine ter posledično (bio)razgradnje na katerikoli stopnji življenjske dobe materiala.
Takšen večnivojski nadzor strukture materialov bo mogoče izvesti z edinstvenimi tehnikami za izdelavo ter procesiranje magnezijevih zlitin, ki so bile razvite znotraj sodelujočih raziskovalnih organizacij, kot tudi z naprednih karakterizacijskimi metodami. Slednje bodo vključevale velike infrastrukturne objekte (kot npr. sinhrotroni Elettra, DESY in MAX IV Lab) 'in-house' naprave za visoko-ločljivostno transmisijsko ter vrstično elektronsko mikroskopijo, ki vključuje analizo difrakcije povratno sipanih elektronov (EBSD), različna mehanična testiranja, vključno s trajno nihajno trdnostjo in nano-indentacijo, ter obsežno mrežo sodelovanj za testiranje biodegradacije. Obsežne eksperimentalne raziskave bodo vodene preko ‘ab-initio’ računalniških simulacij kot tudi računalniških simulacij več-faznih solidifikacijskih in faznih transformacij.
Rezultati tega projekta bodo imeli velik vpliv tako na povečanje osnovnega razumevanja načrtovanja novih magnezijevih zlitin ter njihove razgradnje v različnih okoljih, kot tudi na razvoj naprednih nizko-odtisnih tehnologij za njihovo proizvodnjo, kar pa vse do odpiranja novih obzorja pri upravljanju trajnostnega življenja.
Pomen za razvoj znanosti
Ta projekt ponuja popolnoma novo paradigmo v razvoju magnezijevih zlitin. Tovrstna paradigma zasnove zlitin, osnovanih na topoloških načelih, še ni bila uporabljena, zato se od tega projekta pričakuje, da bo postavil temelje novim načinom razvoja lahkih materialov.
V že obstoječem in široko prepoznavnem področju znanosti površin bo ta projekt pomagal razviti nove eksperimentalne metode. Pomembno bo pripomogel k naprednemu poznavanju odvisnosti površinske reaktivnosti magnezija od njegove kristalografske orientacije, prisotnosti topološke porazdelitve atomov in strukture njihovih grozdov.
Na področju (bio)korozije bo ta projekt prinesel močno želeno poznavanje osnovnih mehanizmov v začetnih fazah korozijskih reakcij magnezija s kisikom, vodo in ostalimi (bio)snovmi. To znanje bo omogočilo znanstveni preboj na področju kontrole (bio)degradacije končnih izdelkov iz magnezijevih zlitin.
Pomen za razvoj Slovenije
V skladu z poglavitnim ciljem tega predloga bo uspešno dokončanje tega projekta omogočilo uporabo najnaprednejših magnezijevih zlitin na področju biomedicine in lahkih prevoznih sredstev. Zlitine bodo sestavljene iz surovin dostopnih v Evropski uniji, kar bo pripomoglo k izboljšanju varnosti, trajnosti in socialno-ekonomske blaginje državljanov Slovenije, Evrope in širše regije.
Zelo pozitivne posledice tega projekta bodo uveljavitev razvitih tehnologij v industrijske prakse, razvoj novih izdelkov za posamezne kupce in zbiranje znanj o materialih in tehnikah njihove predelave. Razvite tehnike bodo zlahka prilagojene za potrebe majhnih in srednjih podjetij kar bi lahko pripomoglo k modernizaciji slovenske industrije.
Vplivi rezultatov tega projekta bodo segali od izboljšanega poznavanja osnovnih lastnosti magnezijevih zlitin in (bio)degradacije v različnih okoljih do naprednih tehnologij za njihovo pridobivanje z nizkim ogljičnim odtisom in odpiranjem novih obzorij trajnostnega upravljanja. Slovenski industriji in ekonomiji bo prinesel nove specializacije kar bo izboljšalo njihovo mednarodno konkurenčnost s posebnim poudarkom na regenerativno medicino.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
