Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN

Fascynującym zjawiskiem związanym z mechaniką płynów jest przędzenie elektrostatyczne nano- i mikrowłókien. Mogą one naśladować lub zastępować naturalne włókna kolagenu (lub celulozy), dzięki którym otaczające nas zwierzęta i rośliny mają taki (lub inny) kształt. Stąd już tylko krok do tworzenia sztucznych tkanek lub nawet organów.

Zajęcia będą składać się z dwóch części – wykładu oraz części laboratoryjnej. W czasie wykładu zostaną omówione struktury uporządkowane (krystaliczne), które powstają w układach bardzo długich cząsteczek polimerowych. W ramach zajęć laboratoryjnych pokazane będą struktury wybranych polimerów, w tym również polimerów biodegradowalnych stosowanych w medycynie regeneracyjnej. Pierwszą z metod badawczych będzie mikroskopia optyczna w świetle spolaryzowanym, pozwalająca nie tylko uwidocznić  w pełnej krasie te bardzo małe i wewnętrznie zdefektowane, ale też i piękne obiekty, lecz również prowadzić pomiary takich struktur. Jako drugą metodę badań struktur krystalicznych pokażemy skaningową kalorymetrię różnicową, w której mierzone są niezwykle małe efekty cieplne związane z powstawaniem i topnieniem kryształów. Pokazany też będzie unikalny przyrząd, w którym możliwe jest jednoczesne prowadzenie obserwacji mikroskopowych i pomiarów kalorymetrycznych, co pozwala na uzyskanie w jednym eksperymencie informacji z obu tych  metod badawczych.

Aby z rany powstałej wskutek skaleczenia nie wypłynęło zbyt dużo krwi, w miejscu zranienia powstaje skrzep złożony między innymi z fibryny oraz komórek krwi. Ponieważ skrzep tworzy się w obecności przepływającej krwi, która wywiera na niego ciągły nacisk, musi on posiadać wysoką wytrzymałość oraz elastyczność, aby nie ulec przedwczesnemu zerwaniu. Właściwości te zapewnia skrzepowi obecności w nim sieci fibrynowej. Sieć ta może samoistnie zwiększyć swoją sztywność do tysiąca razy, jeśli zostanie poddana działaniu sił, a jej pojedyncze włókna mogą zostać rozciągnięte czterokrotnie, bez większego uszkodzenia. W trakcie 30 minutowego spotkania zaprezentuję Państwu proces tworzenia sieci fibrynowej w warunkach laboratoryjnych, jej obrazowania mikroskopowego w warunkach statycznych oraz w obecności przepływu, wytłumaczę także mechanizmy, dzięki którym sieć ta jest w stanie wytrzymać nacisk przepływającej krwi.

Zdarza się, że w niektórych przypadkach siła tarcia musi zostać zwiększona ze względów bezpieczeństwa, na przykład w hamulcach samochodowych, sprzęgłach ciernych i oponach na oblodzonych jezdniach. Niemniej jednak w większości przypadków zmniejszenie tarcia i zużycia jest głównym celem inżynierów. W dzisiejszych czasach tarcie stało się jedną z głównych przyczyn awarii podstawowych komponentów i systemów inżynieryjnych stosowanych w przemyśle lotniczym, wojskowym i samochodowym. Na przykład w silnikach samochodowych 5% całkowitej wytworzonej energii zostaje utracone w wyniku tarcia.

Nauka o tarciu – trybologia – stała się zatem obiektem intensywnej pracy licznych naukowców. Niezwykle istotne jest pogłębianie naszej wiedzy na temat podstawowych mechanizmów tarcia zarówno na poziomie makro (czyli to co widzimy gołym okiem), jak i nano (czyli w skali wymiarów równych szerokości włosa podzielonej na sto tysięcy).  Szczegółowa wiedza na temat tarcia pozwala opracowywać nowe materiały i techniki wytwarzania o zmniejszonych współczynnikach tarcia i o zwiększonej odporności na zużycie. Takie nowe technologie mają istotny wpływ na poprawę efektywności energetycznej, wydajności, zrównoważonego rozwoju i lepszych osiągów mechanicznych maszyn i urządzeń na całym świecie.

W czasie lekcji zademonstrujemy działanie urządzeń umożliwiających badania właściwości mechanicznych i trybologicznych warstwy wierzchniej materiałów: mikro/nanotwardościomierz, wysokorozdzielczy profilometr skaningowy, wysokiej klasy mikroskop optyczny oraz mikroskop sił atomowych. Omówimy również i zademonstrujemy techniki umożliwiające modyfikacje warstwy wierzchniej: implantację jonową oraz elektroosadzanie warstw ochronnych.