Koordynator przedmiotu, wykładowca: Prof. dr hab. inż. Jan Chłopek (Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki)

Podobne dokumenty
Struktura materiałów. Zakres tematyczny. Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD / dr inż. Maciej Motyka.

Nauka o Materiałach dr hab. inż. Mirosław Bućko, prof. AGH B-8, p. 1.13, tel

MATERIAŁOZNAWSTWO. Prof. dr hab. inż. Andrzej Zieliński Katedra Inżynierii Materiałowej Pok. 204

MATERIAŁOZNAWSTWO. dr hab. inż. Joanna Hucińska Katedra Inżynierii Materiałowej Pok. 128 (budynek Żelbetu )

Nauka o Materiałach Wykład I Nauka o materiałach wprowadzenie Jerzy Lis

Logistyka I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Rok akademicki: 2016/2017 Kod: RBM ET-s Punkty ECTS: 3. Poziom studiów: Studia II stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

nr projektu w Politechnice Śląskiej 11/030/FSD18/0222 KARTA PRZEDMIOTU

Projektowanie i dobór materiałów do zastosowań medycznych - opis przedmiotu

studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 1W, 1Ćw PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 2

Sylabus modułu kształcenia/przedmiotu

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA

Materiałoznawstwo. Wzornictwo Przemysłowe I stopień ogólnoakademicki stacjonarne wszystkie Katedra Technik Komputerowych i Uzbrojenia

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

PODSTAWY DOBORU MATERIAŁÓW INŻYNIERSKICH konspekt

PODSTAWY INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

forma studiów: studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 2W, 1Ć 1W e, 3L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Transportu Politechniki Warszawskiej, Zakład Podstaw Budowy Urządzeń Transportowych B. Ogólna charakterystyka przedmiotu

Opis przedmiotu: Materiałoznawstwo

MATERIAŁOZNAWSTWO Wydział Mechaniczny, Mechatronika, sem. I. dr inż. Hanna Smoleńska

Nowoczesne materiały konstrukcyjne : wybrane zagadnienia / Wojciech Kucharczyk, Andrzej Mazurkiewicz, Wojciech śurowski. wyd. 3. Radom, cop.

S Y L A B U S P R Z E D M I O T U

PLAN STUDIÓW Wydział Chemiczny, Wydział Mechaniczny, Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Inżynieria materiałowa. efekty kształcenia

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: CIM s Punkty ECTS: 8. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

CHARAKTERYSTYKA KOMPOZYTÓW Z UWZGLĘDNIENIEM M.IN. POZIOMU WSKAŹNIKÓW WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH, CENY.

Kompozyty Ceramiczne. Materiały Kompozytowe. kompozyty. ziarniste. strukturalne. z włóknami

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: CTC s Punkty ECTS: 8. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Z-LOGN1-021 Materials Science Materiałoznastwo

NOWOCZESNE MATERIAŁY I TECHNOLOGIE Modern Materials and Technologies. forma studiów: studia stacjonarne. Liczba godzin/tydzień: 2W, lab.

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE. Inżynieria Materiałowa Logistyka inżynierskie. stacjonarne. I stopnia. ogólnoakademicki Do wyboru

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 9

Nowoczesne Materiały i Technologie Modern Materials and Technologies. forma studiów: studia niestacjonarne. Liczba godzin/zjazd 2W, 1L

Politechnika Rzeszowska - Materiały inżynierskie - I DUT / dr inż. Maciej Motyka

Ogólna charakterystyka materiałów inżynierskich

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2015/2016

Materiały budowlane - systematyka i uwarunkowania właściwości użytkowych

MATERIAŁY SUPERTWARDE

Metaloznawstwo II Metal Science II

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 7

Logistyka I stopień Ogólnoakademicki Stacjonarne Wszystkie Katedra Matematyki i Fizyki dr Medard Makrenek

w tym Razem wykłady konwer. labolat. ćwicz. w tym labolat. Razem wykłady konwer.

Sylabus przedmiotu: Data wydruku: Dla rocznika: 2015/2016. Kierunek: Opis przedmiotu. Dane podstawowe. Efekty i cele. Opis.

Rok akademicki: 2030/2031 Kod: DIS s Punkty ECTS: 2. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2014/2015

SYLABUS. Studia Kierunek studiów Poziom kształcenia Forma studiów Inżynieria materiałowa studia pierwszego studia stacjonarne

MATERIAŁY POLIMEROWE Polymer Materials. forma studiów: studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 2W, 1L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

PLAN STUDIÓW. efekty kształcenia

2. Biomateriały metaliczne wykorzystywane w medycynie

Uniwersytet Śląski w Katowicach str. 1 Wydział

Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna. Przedmiot: BIOMATERIAŁY. 1. Klasyfikacja materiałów medycznych

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Inżynieria Materiałowa Studia I stopnia

Leon Murawski, Katedra Fizyki Ciała Stałego Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej

Właściwości kryształów

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 10

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

PROGRAM STUDIÓW A. GRUPA ZAJĘĆ Z ZAKRESU NAUK PODSTAWOWYCH I OGÓLNOUCZELNIANYCH LICZBA GODZIN (P/K/PW)** PUNKTY ECTS EFEKTY KSZTAŁCENIA

Kierunek: Inżynieria Materiałowa Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne. audytoryjne. Wykład Ćwiczenia

Technologia ceramiki: -zaawansowanej -ogniotrwałej Jerzy Lis, Dariusz Kata Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Uniwersytet Śląski w Katowicach str. 1 Wydział

Kierunek: Inżynieria Materiałowa Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne. audytoryjne. Wykład Ćwiczenia

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: CIM s Punkty ECTS: 3. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Laboratorium inżynierii materiałowej LIM

Kod modułu. Nazwa modułu. Biomateriały w praktyce medycznej i laboratoryjnej. Wydział Lekarsko - Biotechnologiczny i Medycyny Laboratoryjnej (WLBiML)

Kompozyty. Czym jest kompozyt

Wybrane przykłady zastosowania materiałów ceramicznych Prof. dr hab. Krzysztof Szamałek Sekretarz naukowy ICiMB

Metaloznawstwo I Metal Science I

Materiałoznawstwo optyczne CERAMIKA OPTYCZNA

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Struktura krystaliczna i amorficzna metali


NAUKA O MATERIAŁACH. Dlaczego warto studiować ten przedmiot? Organizacja zajęć. Temat 1. Rola i zadania inżynierii materiałowej

AKTUALNE OPŁATY ZA WARUNKI Tylko dla studentów I roku 2018/2019 OPŁATY ZA WARUNKI Z POSZCZEGÓLNYCH PRZEDMIOTÓW

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE II Composite Materials II. forma studiów: studia stacjonarne. Liczba godzin/tydzień: 2W, 2L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Mechanika i Budowa Maszyn II stopień (I stopień / II stopień) Ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

KARTA PRZEDMIOTU. 1. NAZWA PRZEDMIOTU: Inżynieria materiałowa. 2. KIERUNEK: Mechanika i budowa maszyn. 3. POZIOM STUDIÓW: I stopnia

30/01/2018. Wykład VII: Kompozyty. Treść wykładu: Kompozyty - wprowadzenie. 1. Wprowadzenie. 2. Kompozyty ziarniste. 3. Kompozyty włókniste

σ c wytrzymałość mechaniczna, tzn. krytyczna wartość naprężenia, zapoczątkowująca pękanie

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz.13

Wykład VII: Kompozyty. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

forma studiów: studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 2W, 2L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Fizyka i inżynieria materiałów Prowadzący: Ryszard Pawlak, Ewa Korzeniewska, Jacek Rymaszewski, Marcin Lebioda, Mariusz Tomczyk, Maria Walczak

Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Inżynieria Materiałowa

Mechanika i Budowa Maszyn II stopień (I stopień / II stopień) Ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 15

Materiałoznawstwo elektryczne Electric Materials Science

Poziom przedmiotu: I stopnia studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 2W E, 2L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

P L O ITECH C N H I N KA K A WR

PLAN STUDIÓW NR IV. GODZINY w tym W Ć L ,5 6. Wychowanie fizyczne 6

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Sesja dotycząca współpracy dydaktycznej z Przemysłem

Podstawy biogospodarki. Wykład 7

Z-ZIPN Materiałoznawstwo I Materials Science

Rok akademicki: 2015/2016 Kod: EIB IB-s Punkty ECTS: 6. Kierunek: Inżynieria Biomedyczna Specjalność: Inżynieria biomateriałów

Transkrypt:

WYKŁAD 1

PRZEDMIOT MATERIAŁOZNAWSTWO DLA STUDENTÓW II ROKU MIĘDZYWYDZIAŁOWEJ SZKOŁY INŻYNIERII BIOMEDYCZNEJ Koordynator przedmiotu, wykładowca: Prof. dr hab. inż. Jan Chłopek (Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki) KONTAKT: tel. 12 617 25 03 pokój 105, budynek A3 e-mail: chlopek@agh.edu.pl

PRZEDMIOT MATERIAŁOZNAWSTWO wykład: 30 godzin laboratorium: 30 godzin seminarium: 30 godzin Warunki zaliczenia przedmiotu: - kolokwia - sprawozdania z laboratorium - egzamin

PLAN WYKŁADÓW 1. Natura wiązań, struktura krystaliczna i amorficzna. Konsekwencje natury wiązań. 2. Mikrostruktura materiałów. Następstwa sposobów otrzymywania. 3. Nanostruktury. 4. Biomateriały (pojęcia podstawowe). 5. Powierzchnia materiału czynniki decydujące o oddziaływaniu biologicznym. 6. Właściwości mechaniczne. 7. Właściwości cieplne. 8. Właściwości elektryczne. 9. Właściwości optyczne. 10.Właściwości magnetyczne. 11.Właściwości biologiczne. 12.Mechanizmy degradacji materiałów. 13.Metale budowa, właściwości, otrzymywanie. 14.Ceramika - budowa, właściwości, otrzymywanie. 15.Polimery - budowa, właściwości, otrzymywanie. 16.Kompozyty - budowa, właściwości, otrzymywanie

LITERATURA [1] Dobrzański Leszek A.: Materiały inżynierskie i projektowanie materiałowe: podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2006 [2] Dobrzański Leszek A.: Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1999. [3] Michael F. Ashby, Hugh Shercliff and David Cebon: Materials: engineering, science, processing and design. wyd. Amsterdam: Elsevier: Butterworth-Heinemann, 2007. [4] Askeland Donald R., Phulé Pradeep P.: The Science and engineering of materials. Pacific Grove: Thomson Brooks/Cole, cop. 2003. [5] Wprowadzenie do Foresight u Technologicznego Materiałów Polimerowych w Polsce, IWN Poznań 2007

LITERATURA Roman Pampuch: Materiały ceramiczne: zarys nauki o materiałach nieorganicznoniemetalicznych, wyd. Warszawa : Państ. Wydaw. Naukowe, 1988. Roman Pampuch: Współczesne materiały ceramiczne. AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, 2005. Ashby, Michael F.: Materiały inżynierskie. 1, Właściwości i zastosowania / Michael F. Ashby, David R. H. Jones ; wyd. pol. pod red. Stefana Macieja Wojciechowskiego. Warszawa: Wydaw. Nauk.-Techniczne, 1997. Ashby, Michael F.: Materiały inżynierskie. 2, Kształtowanie struktury i właściwości, dobór materiałów / Michael F. Ashby, David R. H. Jones ; wyd. pol. pod red. Stefana Macieja Wojciechowskiego. Warszawa : Wydaw. Nauk.-Techniczne, 1998. Chemia polimerów: praca zbiorowa. T.1 Makrocząsteczki i metody ich otrzymywania T.2 Podstawowe polimery syntetyczne i ich zastosowania T.3 Polimery naturalne i polimery o specjalnych właściwościach pod red. Zbigniewa Florjańczyka i Stanisława Penczka. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna 2000 pod red. Macieja Nałęcza, Tom IV Biomateriały, Warszawa: Akademicka Oficyna Wydawnicza Exit, 2003, grudzień 2003 Konsztowicz, Krzysztof J.: Kompozyty wzmacniane włóknami: podstawy technologii, Kraków : Wydaw. AGH, 1986. Skrypty Uczelniane AGH Marek Blicharski: Wstęp do inżynierii materiałowej, Wydawnictwa Naukowo- Techniczne, 2006.

MATERIAŁOZNAWSTWO - IDEA Połączenie Nauki o Materiałach z Inżynierią Materiałową Nauka o materiałach (Materials Science) - relacja pomiędzy budową i właściwościami materiałów. Inżynieria Materiałowa (Materials Engineering) - technologie otrzymywania materiałów o zadanej budowie i właściwościach dla spełnienia określonej funkcji. Materiały funkcjonalne (inżynierskie)

MATERIAŁOZNAWSTWO - IDEA Usytuowanie Nauki o Materiałach między innymi dyscyplinami nauki INŻYNIERIA FIZYKA NAUKA O MATERIA- ŁACH MATEMATYKA CHEMIA [1]

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA PROJEKTOWANIE (DESIGNING) TECHNOLOGIA (PROCESSING) METODY BADAWCZE (TESTING)

TECHNOLOGIA MATERIAŁÓW to nauka o wytwarzaniu wyrobów z materiałów wyjściowych formująca prawa, środki do ich realizacji, szukająca dróg ich optymalizacji tėchnė - sztuka, rzemiosło logos -słowo, opis, wiedza

faza gazowa faza ciekła faza stała chemiczna krystalizacja z fazy gazowej CVD krystalizacja z fazy ciekłej spiekanie, wysokotemperaturowy proces zespalania ziarn) ciało stałe, materiał

INŻYNIERIA inżynier z łac. ingeniator, człowiek obdarzony geniuszem, talentem, dobrą głową i przenikliwością. Fundament sztuki inżynierskiej - związek między teorią i praktyką inżynieria - jest umiejętnością wykorzystywania wiedzy naukowej i doświadczenia w celu tworzenia konstrukcji i sprowadza się do adaptowania materiałów i energii dla zaspokajania potrzeb społecznych. Materiały inżynierskie (funkcjonalne)

GŁÓWNE CZYNNIKI DECYDUJĄCE O POZIOMIE CYWILIZACYJNYM MATERIAŁY POZIOM CYWILIZA- CYJNY ŹRÓDŁA ENERGII METODY PRZEKAZYWANIA INFORMACJI

ZMIANY W SPOSOBIE WYTWARZANIA I WYKORZYSTYWANIA MATERIAŁÓW faza umiejętności naturalnych (przed epoką brązu) faza sztuki rzemieślniczej (epoka brązu i wczesna epoka żelaza) faza wynalazków inżynierskich (od końca XVIIIw.) faza odkryć naukowych (od połowy XIXw.)

HISTORYCZNY ROZWÓJ MATERIAŁÓW [1]

TECHNOLOGIA - CZYNNIKI Struktura elektronowa Wiązanie chemiczne Skład chemiczny Struktura atomowa (krystaliczna, amorficzna) Upakowanie atomów (gęstość) Geometria (izotropia, anizotropia) Skład fazowy, Mikrostruktura (krystality, ziarna, pory, cząstki, włókna) Powierzchnia starzenie w warunkach pracy właściwości sposób otrzymywania projektowanie wspomaganie komputerowe modelowanie procesów ochrona środowiska (recykling) analiza kosztów, marketing kontrola jakości (normy) TECHNOLOGIA

Struktura elektronowa atomów wiązania między atomami główne właściwości metali, ceramiki i polimerów Właściwości fizyczne (przewodnictwo elektryczne, dielektryczne i magnetyczne zachowanie, charakterystyka termiczna, optyczna, sprężysta).

ENERGIA WIĄZAŃ TYP WIĄZANIA: JONOWE ENERGIA WIĄZANIA kj/mol 625-1550 KOWALENCYJNE 520-1250 METALICZNE Van der WAALSA oraz WODOROWE 100-800 < 40

Rozwój nowych materiałów - elektronowa i atomowa struktura modele dla zminiaturyzowanych elektronicznych urządzeń - modyfikacja struktury molekularnej spektrum polimerów - kontrolowana mikrostruktura stopy metaliczne, tworzywa ceramiczne - kompozyty unikatowe właściwości

PODSTAWOWE GRUPY MATERIAŁÓW Metale Ceramika Hybrydy Kompozyty Polimery Szkła Elastomery [3]

PODSTAWOWE GRUPY MATERIAŁÓW Metale Półprzewodniki Nadprzewodniki Szkła metaliczne Kompozyty Ceramika Polimery Grafit [2]

MATERIAŁY: SCHEMAT ORGANIZACYJNY Rodzina Klasa Podklasa Właściwości Materiały Ceramika i szkło Metale i stopy Polimery i elastomery Hybrydy Stal Stopy Cu Stopy Al Stopy Ti Stopy Ni Stopy Zn 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Gęstość Gęstość Właściwości: Właściwości: -Mechaniczne -Mechaniczne -Termiczne -Termiczne -Elektryczne -Elektryczne -Optyczne -Optyczne -chemiczne -chemiczne Dane materiału [3]

MATERIAŁY kombinacja składu chemicznego (warianty pierwiastków) różne sposoby ułożenia atomów tych pierwiastków w przestrzeni MATERIAŁ SPOSÓB WIDZENIA od od zewnątrz --właściwości od od wewnątrz struktura i i mikrostruktura

SKALE PATRZENIA NA MATERIAŁ* * na przykładzie materiału wykonanego ze stopu aluminium makroskala mikrostruktura -ziarna 1-10 mm 1 mm=10-3 m mikrostruktura -dendryty i fazy 50-500 µm nanostruktura 1 µm=10-6 m -wydzielenia 3-100 nm 1 nm=10-9 m skala atomowa 1-100 Å 1 Å=10-10 m [4]

KLASYFIKACJA MATERIAŁÓW FUNKCJONALNYCH MATERIAŁY: dla przemysłu lotniczego i kosmonautycznego (stopy aluminium, tytanu, kompozyty włókniste) biomedyczne (ceramika fosforanowa, stale implantacyjne, stopy tytanu, polimery resorbowalne) dla elektroniki (krzem, BaTiO 3, YBa 2 Cu 3 O 7-x, polimery przewodzące) dla energetyki (UO 2, Ni-Cd) dla ochrony środowiska (szkła, ceramika, filtry, sorbenty) magnetyczne (Fe, Fe-Si, NiZn, MnZn) optyczne (SiO 2, GaAs, szkła, YAG) inteligentne (stopy z pamięcią kształtu Ni-Ti, hydrożele) konstrukcyjne (stal, beton, stopy aluminium, ceramika budowlana)

MATERIAŁY METALICZNE UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW (metale zaznaczono na zielono) [1]

MATERIAŁY METALICZNE Metale i ich stopy (stal, aluminium, tytan, miedź, nikiel, itd.) Charakterystyka: Wiązanie metaliczne między atomami; Krystalizują zazwyczaj w trzech typach sieci: regularnej płasko centrowanej, regularnej przestrzennie centrowanej i heksagonalnej (Bravais'go sieci). W reakcji chemicznej wykazują tendencje do oddawania elektronów (tworzą kationy); Z tlenem tworzą tlenki metali, niektóre reagują z wodą, tworząc zasady; W temperaturze pokojowej wszystkie metale, z wyjątkiem rtęci (ciecz), występują w stałym stanie skupienia (tworzą tzw. kryształy metaliczne); [4]

MATERIAŁY METALICZNE Metale i ich stopy (stal, aluminium, tytan, miedź, nikiel, itd.) Charakterystyka: Dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne; Dodatni temperaturowy współczynnik rezystywności (opór elektryczny zwiększa się z podwyższeniem temperatury) Relatywnie wysoka wytrzymałość, sztywność; Plastyczne, ciągliwe; Połysk zdolność odbijania promieni przez wypolerowane powierzchnie; Wada - na ogół duży ciężar właściwy; Podstawowe tworzywo na wyroby przemysłu maszynowego oraz na konstrukcje metalowe. [4]

MATERIAŁY METALICZNE PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ W MEDYCYNIE Endoproteza stawu biodrowego Śruby i płytki do zespalania kości Instrumentarium chirurgiczne Implanty stomatologiczne

MATERIAŁY CERAMICZNE Nieograniczone związki metali z tlenem, azotem, węglem, borem i innymi pierwiastkami, w których atomy połączone są wiązaniem jonowym i kowalencyjnym. Przykłady: ceramika budowlana (cegły, dachówka, kafle itp.); ceramika szlachetna (stołowa, płytki ścienne i podłogowe, sanitarna, dekoracyjna); materiały ogniotrwałe; cement i materiały wiążące (w połączeniu z kruszywem służą do produkcji budynków, dróg, mostów i wiaduktów, zapór); ceramika zaawansowana: np. dla elektroniki, motoryzacji, medycyny) Do ceramiki zalicza się również szkło. [4]

MATERIAŁY CERAMICZNE UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW (metale zaznaczono na zielono, inne główne pierwiastki tworzące materiały ceramiczne zaznaczono na różowo) [1]

MATERIAŁY CERAMICZNE Charakterystyka: Twarde Odporne na ścieranie Kruche Odporne na wysoką temperaturę Słabe przewodnictwo cieplne i elektryczne Niemagnetyczne Odporne na utlenianie Stabilne chemicznie [4]

MATERIAŁY CERAMICZNE PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ W MEDYCYNIE Al 2 O 3, ZrO 2 - Główka i panewka endoprotezy stawu biodrowego Element endoprotezy stawu kolanowego Wypełnianie ubytków kostnych - porowata ceramika korundowa*, bioszkła, hydroksyapatyt * Zakład Badawczo-Produkcyjny Bioceramiki Instytutu Szkła i Ceramiki (ISIC).

MATERIAŁY POLIMEROWE Polimery (tworzywa sztuczne, plastiki) materiały organiczne, złożone ze związków węgla, wodoru i innych pierwiastków niemetalicznych. Polimery są makrocząsteczkami i powstają w wyniku połączenia wiązaniami kowalencyjnymi w łańcuchy wielu grup atomów zwanych monomerami. Pomiędzy makrocząsteczkami - siły Van der Waalsa. Schemat prostoliniowego odcinka typowego łańcucha polietylenu (cały łańcuch może zawierać 50 000 podstawowych jednostek monometrycznych). [1]

MATERIAŁY POLIMEROWE UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW (pierwiastki tworzące polimery zaznaczono na fioletowo) [1]

MATERIAŁY POLIMEROWE Charakterystyka: Zwykle duża odporność chemiczna (np.: na korozję), na działanie substancji żrących; Niezbyt duża odporność termiczna; Małe przewodnictwo cieplne i elektryczne; Niska wytrzymałość; Mała gęstość; Łatwość modelowania i nadawania dowolnych kształtów. Przykłady: polietylen, polipropylen, polistyren, polichlorek winylu, teflon

MATERIAŁY POLIMEROWE PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ W MEDYCYNIE Śruby do zespalania kości Nici chirurgiczne, protezy naczyniowe Sprzęt jednorazowego użytku strzykawki, rękawiczki, cewniki, pojemniki itp. Elementy endoprotez stawu biodrowego

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE KOMPOZYT - materiał powstały w wyniku połączenia dwóch lub więcej materiałów wyjściowych. Właściwości kompozytu są odmienne od właściwości poszczególnych składników efekty synergiczne. Osnowa: metalowa, polimerowa, ceramiczna Wzmocnienie: np. cząstki, włókna (krótkie, długie) metalowe, polimerowe, ceramiczne

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE TKANKA KOSTNA I TKANKA MIĘŚNIOWA JAKO PRZYKŁAD KOMPOZUTU - BIOMIMETYZM MIĘŚNIE (struktura włóknista) WIĘZADŁA I ŚCIĘGNA KOŚĆ wzmocnienie osnowa

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ W MEDYCYNIE Endoproteza stawu biodrowego Materiały: -głowa ceramiczna ZrO 2 - trzpień kompozyt węgiel-węgiel Stabilizatory złamanych kości Materiał: - kompozyt włókno węglowe żywica epoksydowa

NANOMATERIAŁY wszelkie materiały, w których występują regularne struktury na poziomie molekularnym, tj. jeden wymiar nie przekracza 100 nanometrów. nanocząstki nanoproszki nanowłókna nanowarstwy

NANOMATERIAŁY a) c) b) d) Przykłady nanomateriałów do zastosowań w elektronice: a) 200 nm nikiel, b) 20 nm srebro, c) 500 nm płytki srebra, d) Φ 50 nm wielościenne nanorurki węglowe (NanoDynamics Inc.). http://pcdandm.com/cms/content/view/2888/95/

NANOTECHNOLOGIE W MEDYCYNIE NANOCZĄSTKI, NANOROBOTY, BIOMARKERY, NANOKOMPOZYTY Stosowanie nanorobotów do oczyszczania systemów cyrkulacyjnych w organizmie Dostarczanie tlenu do uszkodzonych tkanek Monitorowanie i diagnozowanie chorób Środki kontrastujące w diagnostyce medycznej - Obrazowanie metodą Rezonansu Magnetycznego MRI - Obrazowanie optyczne -Ultradźwięki Farmaceutycznie dobrze tolerowane nośniki dla wydajnego transportu leków do szczególnych miejsc działania (receptory, enzymy) Nowe kierunki w terapii genowej Chirurgiczny dostęp to trudnodostępnych miejsc ciała Rozwój inżynierii tkankowej Zdolność do przekraczania biologicznych barier takich jak: membrany komórek lub barier dla krwi mózgowej

MATERIAŁY INTELIGENTNE Materiał inteligentny (ang. smart material) materiał zmieniający swoje właściwości w kontrolowany sposób w reakcji na bodziec otoczenia. Materiał taki łączy w ramach jednej struktury właściwości sensora z właściwościami aktywatora. [5]

MATERIAŁY INTELIGENTNE Rejestracja sygnału z otoczenia odzew sensor przetwornik fizycznych i chemicznych sygnałów wejściowych z otoczenia mikroprocesor analiza sygnałów elektrycznych aktywator przejęcie sygnałów elektrycznych od mikroprocesora i przekształcenie w odpowiednie akcje fizyczne i chemiczne EFEKTY: piezoelektryczne galwaniczne ogniwa elektrochemiczne (zmiany stężenia tlenu) stopy z pamięcią kształtu (termosprężysta przemiana fazowa)

MATERIAŁY INTELIGENTNE IDEA INTELIGENTNEGO UKŁADU MATERIAŁOWEGO mikroprocesor sensor aktywator Rejestracja zmian w środowisku Odzew na zmiany środowisko

MATERIAŁY INTELIGENTNE - HYDROŻELE Sensor czuły na zmiany ph Aktywator skurcz - rozkurcz Inteligentny system

MATERIAŁY INTELIGENTNE Hydrożelowy system zbiornik insuliny z membraną z kopolimeru Kontrolowane dostarczanie insuliny dla leczenia diabetyków

MATERIAŁY INTELIGENTNE STOPY Z PAMIĘCIĄ KSZTAŁTU W medycynie stosowane np. jako samorozprężające się stenty przywracające drożność naczyń krwionośnych, przewodów żółciowych, przełyku, jelit, tchawicy lub dróg moczowych 8 o C 37 0 C http://www.mscsoftware.com/support/prod_support/marc/fom.cfm

ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY PROCESEM TECHNOLOGICZNYM, STRUKTURĄ I WŁAŚCIWOŚCIAMI MATERIAŁU Proces technologiczny Mikrostruktura materiału Optymalne opracowanie materiału o wymaganych właściwościach dla określonego zastosowania Właściwości materiału [4]

PODSTAWY DOBORU MATERIAŁÓW Czynniki decydujące o doborze materiałów: - Koszt materiału -Gęstość materiału -Właściwości materiału - Odporność materiału na zużycie i korozję - Zdolność do recyklingu

PROJEKTOWANIE MATERIAŁÓW Cel: opracowanie materiału bezpiecznie spełniającego swoją funkcję przy rozsądnych kosztach Gromadzenie danych Analiza statystyczna Wybór materiałów i procesów Analiza ekonomiczna Mechanical Properties Bulk Modulus 4.1-4.6 GPa Compressive Strength 55-60 MPa Ductility 0.06-0.07 Elastic Limit 40-45 MPa Endurance Limit 24-27 MPa Fracture Toughness 2.3-2.6 MPa.m 1/2 Hardness 100-140 MPa Loss Coefficient 0.009-0.026 Modulus of Rupture 50-55 MPa Poisson's Ratio 0.38-0.42 Shear Modulus 0.85-0.95 GPa Tensile Strength 45-48 MPa Young's Modulus 2.5-2.8 GPa $ Test Wyniki testu Dane Potencjalne zastosowania Produkt końcowy Badania i charakterystyka Wybór i wdrożenie [3]

PROJEKTOWANIE MATERIAŁÓW MATERIAŁ: PRAWIDŁOWY ZBYT GIĘTKI ZBYT SŁABY ZBYT KRUCHY ZA CIĘŻKI [3]

PODSTAWY DOBORU MATERIAŁÓW KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE DOBORU MATERIAŁÓW Systemy komputerowego wspomagania: projektowania CAD (computer aided design) wytwarzania CAM (computer aided manufacturing) doboru materiałów CAMS (computer aided materials selection) Dobrane materiały mają najkorzystniejsze właściwości użytkowe i technologiczne, przy odpowiedniej gęstości oraz najniższych możliwych kosztach materiałów [2]

PODSTAWY DOBORU MATERIAŁÓW KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE DOBORU MATERIAŁÓW Wykorzystanie metod komputerowego wspomagania w doborze materiałów wymaga opracowania obszernych baz danych zawierających informacje o różnych materiałach i ich właściwościach. Dane tego typu opracował m.in. Michael F. ASHBY w formie wykresów porównujących właściwości różnych materiałów. [2]

PORÓWNANIE WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW MODUŁ SPRĘŻYSTOŚCI I GĘSTOŚĆ - WYKRES UPROSZCZONY MAPY ASHBY EGO 1000 Ceramika Moduł Younga E, (GPa) 100 10 1 0.1 Drewno Pianki Kompozyty Polimery Metale 0.01 Elastomery 0.1 1 3 10 Gęstość (g/cm 3 ) 30

WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW MECHANICZNE opisują jak materiał reaguje na zastosowane siły lub naprężenia wytrzymałość plastyczność sztywność pełzanie zmęczenie odporność na zużycie twardość FIZYCZNE opisują odpowiedź materiału na zjawiska fizyczne elektryczne magnetyczne optyczne termiczne zachowanie chemiczne [4]

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE: AKCJA - REAKCJA Siła P Siła P σ naprężenie σ 2 σ 1 σ 2 σ 1 odkształcenie pękanie odkształcenie pękanie

WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE: AKCJA - REAKCJA Q ciepło λ przewodnictwo cieplne reakcje chemiczne przemiana fazowa Δ T pękanie α rozszerzalność cieplna topnienie

WŁAŚCIWOŚCI MAGNETYCZNE: AKCJA - REAKCJA pole magnetyczne indukcja magnetyczna diamagnetyki paramagnetyki ferromagnetyki ferryty magnetostrykcja namagnesowanie właściwości fizyczne

WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE: AKCJA - REAKCJA pole elektryczne straty dielektryczne przewodnictwo elektryczne efekt piezoelektryczny odwrotny polaryzacja przebicie elektryczne elektrostrykcja

WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE: AKCJA - REAKCJA FOTONY załamanie i odbicie światła barwa pochłanianie luminescencja transmisja

DEGRADACJA W ŚRODOWISKU obciążenie, wysoka temperatura, środowisko gazów lub cieczy korozja wysokotemperaturowa korozja elektrochemiczna erozja podkrytyczny rozwój pęknięć utlenianie zużycie trybologiczne

WPŁYW ŚRODOWISKA BIOLOGICZNEGO środowisko biologiczne odpowiedź immunologiczna adsorpcja białek biopotencjały korozja bakterie, biofilmy aktywność biologiczna reakcje tkankowe odpowiedź ogólnoustrojowa degradacja, resorpcja reakcja komórkowa bioprądy

PRZYSZŁOŚĆ INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ OBSZARY PRIORYTETOWE EUROPEJSKICH BADAŃ W ZAKRESIE INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ (Biała Księga Unii Europejskiej) opracowanie nowych materiałów intensyfikacja prac w zakresie projektowania i badania nowych materiałów, zjawisk i własności opracowanie strategii badań interdyscyplinarnych opracowanie materiałów specjalnych o wysokim potencjale innowacyjności materiały inteligentne, biomateriały, nanomateriały oraz materiały dla alternatywnych źródeł energetycznych [5]

PRZYSZŁOŚĆ INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ BADANIE ZJAWISK ZACHODZĄCYCH W MATERIAŁACH I TECHNIKI BADAWCZE Kierunek badań - Kontrola zjawisk zachodzących w materiałach w skali nanometrów i femtosekund (1 fs = 10-15 s). projektowanie w mikroskali kształtowanie zjawisk w sposób kontrolowany i powtarzalny biomimetyka badania zjawisk w warunkach ekstremalnych analiza zjawisk dynamicznych i rozpraszania na powierzchni styku [5]

PRZYSZŁOŚĆ INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ BADANIA SYNTEZY I PRZETWARZANIA MATERIAŁÓW zwiększenie kontroli nad składem, budową i funkcjami materiałów szybkie formowanie badanie materiałów we wszystkich skalach długości modelowanie komputerowe cienkie warstwy i powłoki [5]

PRZYSZŁOŚĆ INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAAWANSOWANE TECHNIKI ANALITYCZNE mikroskopia o wysokiej rozdzielczości charakterystyka materiałów i zjawisk w czasie rzeczywistym tworzenie analitycznych sieci naukowych i centrów doskonałości [5]