Chociaż powszechnie uznaje się, że materiały zaawansowane są kluczową technologią wspomagającą, muszą one najpierw zostać w pełni rozwinięte. W ramach projektu NanoGrow opracowano nową strategię produkcji wysoce porowatych, lekkich, zaawansowanych materiałów o kontrolowanej strukturze porów, właściwościach mechanicznych i dodatkowych funkcjach.

W celu opracowania tego materiału naukowcy wykorzystali technikę „hodowli” nanokompozytów polimerowych jako powłok konformalnych na porowatych podłożach, takich jak pianki o otwartych komórkach. Powłokę nanoszono w formule warstwa po warstwie, polegającej na osadzaniu kolejnych cienkich warstw różnych materiałów. „Stosując tę technikę do nakładania naprzemiennych warstw nano- i polimerowych, stworzyliśmy silnie wzmocnione nanokompozyty o strukturze typu »cegła i zaprawa«, o wysokiej wytrzymałości mechanicznej i sztywności”, mówi badacz projektu Andrew Hamilton.

Uczeni zbadali również zastosowanie obciążenia mechanicznego jako parametru przetwarzania w celu osiągnięcia większego osadzania się grubszych powłok w regionach narażonych na większe obciążenia. „Dostosowując grubość, skład i parametry obróbki powłok, wyprodukowaliśmy materiały dostosowane do różnych docelowych zastosowań, w tym porowate materiały rusztowaniowe dla inżynierii tkankowej oraz lekkie struktury porowate dla przemysłu lotniczego i kosmonautycznego oraz transportowego”, mówi Hamilton.

Zaawansowane materiały, praktyczne zastosowania

W medycynie materiały porowate opracowane przez NanoGrow są wykorzystywane jako rusztowania inżynieryjne, które naprawiają rozległe uszkodzenia zbyt duże, aby można je było usunąć w naturalnym procesie gojenia. Na przykład w strukturze kostnej, takie krytyczne wady mogą być spowodowane urazami lub powstawać podczas chirurgicznego usunięcia nowotworów kości. W takich przypadkach stosuje się materiały rusztowaniowe, które chronią uszkodzoną kość i przyspieszają proces gojenia.

„Materiał rusztowania musi zapewniać odpowiednią porowatość, aby umożliwić komórkom migrację do rusztowania, gdzie przylegają, rosną i osadzają nową tkankę kostną, ale powinien również zapewniać odpowiednie podparcie mechaniczne dla gojącej się tkanki oraz, na ile to możliwe, umożliwiać normalne funkcjonowanie i aktywność”, mówi Hamilton. „Wysokie właściwości mechaniczne nanokompozytów murowanych stosowanych w NanoGrow pozwalają na uzyskanie kombinacji o większej porowatości i właściwościach mechanicznych niż w przypadku tradycyjnych porowatych materiałów rusztowaniowych”.

Według Hamiltona, połączenie wysokiej porowatości i dobrych właściwości mechanicznych może również poprawić wydajność w zastosowaniach, w których kluczowe znaczenie ma masa, takich jak samoloty i statki kosmiczne. „Tutaj zapewnienie wymaganego poziomu podparcia mechanicznego w konkretnej części poprzez zastosowanie materiałów o określonych właściwościach mechanicznych i wysokiej porowatości, a tym samym mniejszej wadze, może poprawić wydajność i zasięg, a jednocześnie zmniejszyć zużycie paliwa i emisję CO2”, mówi.

Ciągły wzrost

W ramach projektu NanoGrow z powodzeniem wdrożono nowe systemy materiałowe i techniki produkcji, które mogą pobudzić dalsze innowacje. Mimo że projekt został już ukończony, Hamilton twierdzi, że wielu badaczy NanoGrow kontynuuje rozwój technik i systemów materiałowych opracowanych podczas badań. „Jestem dumny, że naukowcy, którzy pracowali nad NanoGrow, nadal wykorzystują techniki i pomysły z tego projektu w pracy, którą wykonują na nowych stanowiskach badawczych”, dodaje.

Źródło: www.cordis.europa.eu