Obdobje trajanja projekat: od 1. 03. 2025 do 29. 02. 2028

Partnerji projekta:

Jiří Kubásek, University of Chemistry and Technology, Prague, Czech Republic

Wojciech Święszkowski, Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland Matjaž Godec, Institute of Metals and Technology, Ljubljana, Slovenia

Koordinator projekta: Jiří Kubásek

Cilji projekta

Glavni cilj projekta je razvoj novega hibridno-kompozitnega materiala, ki združuje amorfne komponente Mg-Zn-Ca-(Ag-Sr) in kristalinično fazo cinka, za katerega so značilni izboljšana duktilnost (>15 %), visoka trdnost (>450 MPa), ustrezna hitrost korozije za aplikacije tkivnega inženirstva (0,1–0,5 mm/leto) ter odlična biokompatibilnost.

Glavni cilj projekta bo dosežen z naslednjimi podcilji:

1. Uspešno pripraviti serijo predhodnikov kovinskih stekel (prahov) na osnovi Mg60Zn34Ca6 z delno zamenjavo Zn z Ag in Ca s Sr pri različnih procesnih pogojih.
2. Preučiti mikrostrukturo in mehanske lastnosti predhodnikov kovinskih stekel za izbrane sestave in hitrosti ohlajanja.
3. Iz izbranih predhodnikov s postopkom SPS izdelati masivne amorfne ali delno rekristalizirane materiale.
4. Preučiti mikrostrukturo ter mehanske, korozijske in biološke lastnosti pripravljenih masivnih kovinskih stekel ali delno rekristaliziranih materialov glede na izbrano sestavo in procesne pogoje (SPS).
5. Iz predhodnikov in cinkovega prahu s postopki SPS, ekstruzije in LPBF izdelati hibridne materiale, ki vsebujejo steklasto komponento in kristalinično fazo cinka.
6. Preučiti mikrostrukturo ter mehanske, korozijske in biološke lastnosti pripravljenih masivnih kovinskih hibridov glede na izbrano sestavo in metodo obdelave.

Grafični povzetek projekta

Shema poteka projekta (barvna oznaka ustreza posameznemu partnerju)

Preliminary program

The International Symposium on Biomaterials (ISB) provides a multidisciplinary forum for academics, clinicians, researchers, and practicing engineers to exchange innovative ideas and discuss advances in biomaterials, material processing technologies, and their applications in medicine and engineering.

The symposium series was initiated in 2016 through a collaboration between the Department for Orthopaedic Surgery, University Medical Centre Ljubljana, the Institute of Metals and Technology, Ljubljana, and MD-RI Institute for Materials Research in Medicine Ljubljana, with the support of the Dental Department, Faculty of Medicine, University of Ljubljana. Since its inception, the symposium has fostered interdisciplinary dialogue between materials science, biomedical engineering, and clinical medicine.

Previous editions of the symposium were successfully held at the Congress Centre of GH Bernardin in Portorož, Slovenia in 2017, 2018, and 2019. In 2021 the symposium was organized as a hybrid scientific event hosted by the Department for Orthopaedic Surgery, University Medical Centre Ljubljana.

The 6th International Symposium on Biomaterials (6ISB) was organized in 2025 at the Orthopaedic Clinic, University Medical Centre Ljubljana, Zaloška cesta 9, Ljubljana, Slovenia.

The upcoming 7th International Symposium on Biomaterials (7ISB) will again be hosted by the Orthopaedic Clinic, University Medical Centre Ljubljana, bringing together leading international experts in biomaterials, orthopaedics, dentistry, materials science, and biomedical engineering.

The Medical Chamber of Slovenia (ZZS-SMC) endorses the symposium. Participating healthcare professionals including physicians, nurses, and physiotherapists will receive Continuing Medical Education (CME) credit points awarded by the Slovenian Medical Chamber.

The Programme and Organizing Committee, chaired by Assoc. Prof. Dr. Boštjan Kocjančič (Department for Orthopaedic Surgery, University Medical Centre Ljubljana), warmly invite colleagues from academia, clinical practice, and industry to attend the 7th International Symposium on Biomaterials and present their latest research findings and ongoing projects.

The symposium aims to provide a stimulating environment for interdisciplinary exchange, fostering collaboration between life sciences, engineering, clinical research, and industry partners. By bringing together researchers from around the world, the meeting promotes discussion of emerging technologies, innovative biomaterials, and translational approaches that bridge fundamental research with clinical practice.

Topics

Organizers

In the frame of the conference, the 7th International Symposium on Biomaterials on May 22, 2026 is organized by A/Prof. Dr. Boštjan Kocjančič, MD, chair, Prof. dr. Matej Drobnič MD, Prof. dr. Drago Dolinar, MD; Prof. Dr. Monika Jenko, Prof. Dr. Maja Ovsenik, DMD and Prof. Dr. Čedomir Oblak, DMD, members of the scientific and organizing committees.

IMT is the publisher of the scientific journal Materials and Technology (IF 0.60), which publishes original and review scientific papers as well as technology news in theoretical and applied natural sciences and technologies from the fields of metallic and inorganic materials, polymers, vacuum technology, nanomaterials, biomaterials, and surface engineering.

You are also kindly invited to publish your article in the scientific journal Materials and Technologies (MIT), in an issue dedicated to Biomaterials.

REGISTRATION FEE: MD-RI Institue for Materials Research in Medicine, Ljubljana Bohoričeva 5,
TR –SI56 3500 1000 1673 744 (at BKS Bank Ljubljana, Slovenia)

Registration fee includes Program, Abstract booklet, Certificate for the invited lecturers, attendance certificate, and credit points ZZS-MCS
 

Chair: A/Prof. Boštjan Kocjančič, MD

Scientific Committee

• Boštjan Kocjančič, Orthopaedic Surgery Dept, UMC Ljubljana, Slovenia
• Matej Drobnič, Orthopaedic Surgery Dept, UMC Ljubljana, Slovenia
• Drago Dolinar, Orthopaedic Surgery Dept, UMC Ljubljana, Slovenia
• Monika Jenko, MD-RI Institute for Materials Research in Medicine, Ljubljana, Slovenia
• Čedomir Oblak, Faculty of Medicine, University of Ljubljana, Slovenia
• Boris Gašpirc, Faculty of Medicine, University of Ljubljana, Slovenia
• Rok Schara, Faculty of Medicine, University of Ljubljana, Slovenia
• Rok Gašperšič, Faculty of Medicine, University of Ljubljana, Slovenia
• Maja Ovsenik, Faculty of Medicine, University of Ljubljana, Slovenia
• Oskar Zupanc, Orthopaedic Surgery Dept, UMC Ljubljana, Slovenia
• Blaž Mavčič, Orthopaedic Surgery Dept, UMC Ljubljana, Slovenia
• Rihard Trebše, Orthopaedic Hospital Valdoltra, Ankaran, Slovenia
• Špela Kocjančič, Clinical Department of Intensive Internal Medicine, UMC Ljubljana, Slovenia
• Mojca Debeljak, University Rehabilitation Institute Republic of Slovenia Soča (URI Soča), Ljubljana, Slovenia
• Friderika Kresal, Fizioterapevtika, Ljubljana, Slovenia
• Veronika Kralj Iglič, Faculty of Health Sciences, University of Ljubljana, Slovenia
• Aleš Iglič, Faculty of Electrical Engineering, University of Ljubljana, Slovenia
• Matjaž Godec, Institute of Metals and Technology, Ljubljana, Slovenia

Organizing Committee

• Boštjan Kocjančič, Orthopaedic Surgery Dept, UMC Ljubljana, Slovenia
• Drago Dolinar, Orthopaedic Surgery Dept, UMC Ljubljana, Slovenia
• Monika Jenko, MD-RI Institute for materials research in medicine, Ljubljana, Slovenia
• Matic Kolar, Orthopaedic Surgery Dept, UMC Ljubljana, Slovenia
• Klemen Avsec, Orthopaedic Surgery Dept, UMC Ljubljana, Slovenia
• Rok Ovsenik, Faculty of Medicine, University of Ljubljana
• Mojca Debeljak, University Research Rehabilitation institute URI Soča, Ljubljana, Slovenia
• Sonja Žarković Gjurin, Faculty of Medicine, University of Ljubljana
• Jan Oblak, Faculty of Medicine, University of Ljubljana, Slovenia
• Lea Kolenc, Faculty of Medicine, University of Ljubljana, Slovenia
• Črtomir Donik, Institute of Metals and Technology, Ljubljana, Slovenia
• Ema Kocjančič, Faculty of Medicine, University of Ljubljana
• Igor Potparić, Faculty of Medicine, University of Ljubljana
• Miha Remec, Faculty of Medicine, University of Ljubljana, Slovenia

International Scientific Committee

• Andrej Trampuž, Faculty of Health, School of Clinical Medicine, Brisbane, Australia
• Anouk Galtayries, Paris, Curie Engineering School, France
• Peter Kingshott, Swinburne University of Technology, Australia
• John T. Grant, Dayton University, Ohio, USA
• Ivan Petrov, University of Illinois at Urbana-Champaign, USA
• Sally McArthur, Swinburne University of Technology, Australia
• Christian Teichert, Mountain University Leoben, Austria

Venue

The 7th International Symposium on Biomaterials will be organized in the beautiful Slovenian capital, Ljubljana. The symposium will be held at the UNIVERSITY MEDICAL CENTER LJUBLJANA, ORTHOPAEDIC SURGERY DEPARTMENT, LJUBLJANA ZALOŠKA 9, SLOVENIA

SIJ je s pomočjo Naravoslovnotehniške fakultete in Inštituta za kovinske materiale in tehnologije v samo treh mesecih razvili in izdelali jeklo, ki bo že kmalu poletelo v vesolje. Pri tem pa so presegli celo lastna pričakovanja. "Proizvodnja jekel za vesoljske tehnologije predstavlja sam vrh te poti," pojasnjuje direktor proizvodnje Branko Polanc.

Celotni prispevek na 24ur.com.

Na IMT se je 1. marca 2026 začelo izvajanje več novih raziskovalnih projektov

Na Inštitutu za kovinske materiale in tehnologije (IMT) smo 1. marca 2026 začeli izvajati več novih raziskovalnih projektov, financiranih s strani Javne agencije za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije (ARIS). IMT pri projektih nastopa kot nosilna organizacija, kar potrjuje njegovo pomembno vlogo pri razvoju naprednih materialov in tehnologij.

Med novimi temeljnimi raziskovalnimi projekti sta projekt »Nova rešitev za oporo kosti z biorazgradljivimi Fe–Mn zlitinami in napredno zasnovo opornikov (ReBone)«, ki ga vodi dr. Črtomir Donik, ter projekt »Elektrokatalizatorji brez kovin za sintezo visoko vrednostnih zelenih kemikalij«, ki ga vodi dr. Milena Šetka. Oba projekta sta usmerjena v razvoj novih materialov in tehnologij z velikim potencialom za trajnostne kemijske procese ter napredne medicinske aplikacije.

Začeli smo tudi dva aplikativna raziskovalna projekta. Projekt »Nova generacija aluminijeve zlitine z visoko vsebnostjo magnezija v seriji EN AW 5XXX za izjemno lahke, trajnostne in visoko zmogljive aplikacije« vodi dr. Irena Paulin, projekt »Napredna aditivna proizvodnja za komponente elektromotorjev z zmanjšanimi energijskimi izgubami« pa dr. Matjaž Godec. Projekta sta usmerjena v razvoj novih materialnih rešitev za lahke konstrukcije ter učinkovitejše elektromotorje.

Poleg tega se je začel tudi raziskovalni projekt »Večanje obsega in avtomatizacija elektronske mikroskopije na identični lokaciji za hitrejši razvoj naprednih elektrokatalizatorjev«, ki ga vodi dr. Ana Rebeka Kamšek. Projekt bo prispeval k razvoju naprednih analitskih pristopov in pospešil razvoj novih elektrokatalitskih materialov.

Vsi projekti se bodo izvajali v obdobju 2026–2029 in bodo pomembno prispevali k razvoju novih materialov, naprednih proizvodnih tehnologij ter trajnostnih rešitev na področju energetike, mobilnosti, kemije in biomedicine.

Platforma Prenos znanja Slovenija (KTS – Knowledge Transfer Slovenia) podjetjem omogoča hiter dostop do raziskovalnih rešitev, inovacij in strokovnjakov iz 3 slovenskih univerz in 10 raziskovalnih inštitutov.

Nova nacionalna platforma Prenos znanja Slovenija / Knowledge Transfer Slovenia (KTS) povezuje pisarne za prenos znanja 3 slovenskih univerz in 10 raziskovalnih inštitutov ter prvič ponuja enotno vstopno točko za podjetja, ki iščejo rešitve, tehnologije ali partnerstva z akademskim okoljem. Zasnovana je kot digitalno stičišče, ki podjetjem omogoča dostop do:

• inovacij, ki nastajajo v slovenskih raziskovalnih organizacijah,
• raziskovalnih kompetenc za reševanje tehnoloških in razvojnih izzivov,
• odcepljenih podjetij, ki izhajajo iz akademske sfere,
• praktičnih orodij in nasvetov za sodelovanje,
• dobrih praks sodelovanja med raziskovalci in podjetji,
• aktualnih dogodkov in drugih priložnosti na področju sodelovanja z institucijami znanja.

S tem platforma skrajša pot od ideje do inovacije ter omogoča hitrejšo komercializacijo znanja in prenos raziskovalnih rezultatov v prakso.

Cilj platforme, ki jo sofinancirata Republika Slovenija, Ministrstvo za visoko šolstvo, znanost in inovacije ter Evropska unija iz Evropskega sklada za regionalni razvoj (ESRR) v okviru Javnega razpisa za podporo aktivnosti pisarn za prenos znanja, je učinkovitejše povezovanje raziskovalnih organizacij z gospodarstvom, pospeševanje razvoja novih tehnologij in krepitev inovacijskega potenciala Slovenije.

Obiščite spletno stran www.prenosznanja.si in si oglejte promocijski video, ki prikazuje delovanje vseh 13 pisarn za prenos znanja v praksi: https://prenosznanja.si/o-nas/nasa-vloga-in-misija/

»Lasersko teksturirane površine za izboljšano biokompatibilnost materialov (LTS4EB)«

Povzetek:

Projekt LTS4EB si prizadeva približati znanost širši javnosti ter jo narediti bolj privlačno in dostopno. Z uporabo koncepta občanske znanosti projekt spodbuja napredek raziskav in navdihuje ljudi vseh starosti – od študentov do strokovnjakov z različnih področij. Temelji na napredku na področju biomaterialov ter uporablja lasersko tehnologijo, razvito v okviru iniciative SurfBioApps (projekt ARIS), za modifikacijo kovinskih površin. Tehnika modifikacije površin z laserjem predstavlja izjemno prilagodljivo, ponovljivo in čisto tehnologijo za spreminjanje površin ter je edina tehnika, ki lahko v enem samem koraku zagotovi nadzorovano spreminjanje površine kovinskih materialov na več nivojih (spremembe topografije, kemije in omočljivosti).

Cilji projekta občanske znanosti LTS4EB:

• Vključiti javnost v raziskave lasersko teksturiranih površin in njihovih reakcij z okoljem.
• Ozaveščati o vplivu in pomenu inženiringa površin za izboljšanje biokompatibilnosti.
• Prispevati k znanstvenemu napredku z ustvarjanjem podatkov o interakcijah lasersko teksturiranih površin z biološkimi snovmi.

InShaPe omogoča hitrejšo, cenejšo in bolj trajnostno tehnologijo izdelave kovinskih komponent

IMT je partner projekta InShaPe, ki ga je financirala EU (št. 101058523). Konzorcij InShaPe je vključeval 11 partnerjev iz 8 različnih držav. Vrednost projekta je bila 6,8 M €.

Koordinator projekta: prof. Katrin Wudy, TUM

Vodja slovenskega dela projekta: izr. prof. dr. Matjaž Godec, IMT

Trajanje projekta: 01.07.2023 – 30.06.2025

https://inshape-horizoneurope.eu/

Še nekaj zaključnih sklepov:

POVZETEK PROJEKTA

Glavna ideja predlaganega projekta SurfBioApps je razvoj biomaterialov z laserskim teksturiranjem površine, skupaj z oblikovanjem protokola za pripravo vzorcev in metod za preučevanje specifične interakcije med materiali in celicami. Projekt temelji na interdisciplinarnem pristopu, ki združuje raziskovalce z Inštituta za kovine materiale in tehnologije (IMT), Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani (FS-UL) ter Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani (BF-UL) z namenom izboljšati razumevanje interakcije med lasersko strukturiranimi površinami in biološkimi sistemi, s poudarkom na protokolih in metodah za ocenjevanje biokompatibilnosti.

SurfBioApps temelji na znanstvenem izhodišču, da je z laserjem mogoče kontrolirano preoblikovati površino na mikro in nano nivoju ter s tem pomembno spremeniti njene lastnosti in funkcionalnost. Lasersko teksturiranje površin predstavlja odlično alternativo ostalim obstoječim tehnologijam, saj je izredno prilagodljiva in enostavna metoda, ki omogoča natančen nadzor nad modificirano površino (topografija, hrapavost, kemija in omočljivost površine), omogoča obdelavo različnih površin ter vpliva le na lastnosti površine materiala.

Glavni cilj projekta SurBiofApps je izboljšati razumevanje vpliva laserja na lastnosti in spremenjeno funkcionalnost površine, s poudarkom na razvoju pametnih površin biokompatibilnih materialov. Poskušali bomo razjasniti, kako spremenjene lastnosti vplivajo na biokompatibilnost, da bomo lahko predlagali naslednjo generacijo visoko zmogljivih kovinskih biomaterialov in standarde za ocenjevanje biokompatibilnosti.

CILJI PROJEKTA IN METODOLOGIJA DELA

Za doseganje glavnega cilja je projekt razdeljen na tri osnovne cilje:

C1 – Izboljšanje lastnosti in funkcionalnosti biomaterialov z laserskim teksturiranjem

C2 – Izboljšano razumevanje interakcije med celicami in lasersko obdelano površino

C3 – Predlog standarda za ocenjevanje biokompatibilnosti

C1 – Osredotočili se bomo na običajne kovinske zlitine (nerjaveče jeklo, titan in FeMn), ki se zaradi svojih lastnosti že uporabljajo v biomedicinskih aplikacijah, vendar pogosto kažejo pomanjkanje specifičnih biofunkcionalnosti in ponujajo omejene možnosti interakcijo z biološkimi celicami. Poudarek bo na lasersko modificiranih lastnostih površine, ki vplivajo na biokompatibilnost materiala. Za doseganje tega cilja bomo uporabili in nadgradili znanje o funkcionalizaciji površine z laserjem, pridobljeno v že zaključenih ARIS projektih: Razvoj biomaterialov z laserskim teksturiranjem kovinskih zlitin (BiomatLasTex, Z2-9215) in Lasersko mikro in nanostrukturiranje za razvoj biomimetičnih kovinskih površin z edinstvenimi lastnostmi (LaMiNaS, J2-1741). Razviti laserski sistem omogoča modifikacijo površine kovin v različnih plinih in tekočinah, kar zagotavlja razvoj posebnih lastnosti površine, ki bodo izboljšale interakcijo med celicami in površino materiala. Lasersko teksturiranje v različnih plinih bo omogočilo nastanek površin s specifično kemijsko sestavo (specifični oksidi, nitridi in naogličenje površine), kar bo močno vplivalo na omočljivost, korozijo in biokompatibilnost. Za doseganje tega cilja bo po laserski modifikaciji površine izvedena obsežna karakterizacija (korozijske lastnosti, omočljivost, kemija površine in topografija). Ta cilj nam bo omogočil izdelavo lasersko teksturiranih kovinskih površin z izboljšanimi biokompatibilnimi lasnostmi.

C2 – Glavni poudarek bo na raziskavi bioloških odzivov na lasersko teksturirane kovinske površine. Razvite materiale s specifičnimi lastnostmi (C1) bomo uporabili za preučevanje interakcije med celicami in površino. Za doseganje cilja bomo modificirane površine natančno preučili z uporabo različnih metod za vrednotenje biokompatibilnosti (adhezija celic, toksičnost materiala in viabilnost celic na površini). Poskusi bodo omogočili vpogled v lastnosti lasersko spremenjenih površin in njihov vpliv na adhezijo celic, morfologijo celic, celično proliferacijo, diferenciacijo celic, regeneracijo celic, migracijo celic in citotoksičnost. Cilj je nadzirati lastnosti biomateriala, predvsem biokompatibilnost. Raziskali bomo tudi korozijske procese biomaterialov v prisotnosti biološkega materiala. Anorganski ioni, aminokisline, beljakovine, organske kisline in celice, ki sestavljajo telesne tekočine, lahko močno vplivajo na korozijsko obnašanje materiala. Rezultati tega cilja bodo prispevali k izboljšanju postopka laserskega teksturiranja novih naprednih biokompatibilnih materialov ter k optimizaciji obstoječih biomaterialov.

C3 – Modifikacija in funkcionalizacija površine z uporabo laserja predstavlja zelo obetaven pristop na področju biomaterialov. Kljub temu glavno pomanjkljivost predstavlja predvsem pomankanje protokolov in metod za standardno preverjanje biokompatibilnosti teh površin. Namen tega cilja je uporabiti pridobljeno znanje iz C1 in C2 za kritični razvoj najnovejših metod biokompatibilnosti ter izdelati novo strategijo testiranja, ki bo splošno sprejeta. Metode bodo mednarodno ovrednotene, o njih pa bodo razpravljali partnerji v projektu COST FIT4NANO (https://fit4nano.eu/), pri čemer sta oba partnerja (IMT in BF-UL) aktivna in odgovorna za uporabo FIB metode v biomedicini. Poseben poudarek bo namenjen nadzorovani pripravi in obdelavi testnih površin za kasnejše vrednotenje biokompatibilnosti ter izboru najprimernejših metod za preučevanje interakcije med celicami in površino, kjer bomo upoštevali predvideno funkcijo biomateriala (biokompatibilnost, selektivna biokompatibilnost, viabilnost ter citotoksičnost) in čas interakcije. V okviru projekta želimo razviti standardni postopek za evaluacijo biokompatibilnosti površin s pomočjo SEM/SEM-FIB tehnike v kombinaciji s preizkusi celične aktivnosti in celične toksičnosti. Standard bomo predložili Mednarodni organizaciji za standardizacijo (ISO/TC 229 nanotehnologije: https://www.iso.org/committee/381983.html). Raziskava biokompatibilnosti ni pomembna samo z vidika uporabe, ampak je enako pomembna tudi z vidika ocene življenjskega cikla biomateriala in usode materiala po končani uporabi. Zato standardizirani postopki za oceno biokompatibilnosti podpirajo Evropski zeleni dogovor (https://ec.europa.eu/info/strategy/priorities-2019-2024/european-green-deal_sl) in prispevajo k evropskim ciljem trajnostnega razvoja (https://ec.europa.eu/info/strategy/international-strategies/sustainable-development-goals/eu-holistic-approach-sustainable-development_sl).

IMT bo vodilni partner in koordinator projekta z vso opremo za razvoj in napredno karakterizacijo materialov ter karakterizacijo interakcije med celicami in površino materiala. Raziskovalci s Fakultete za strojništvo bodo odgovorni za lasersko modifikacijo površine, partner iz Biotehniške fakultete pa za oceno biokompatibilnosti. Projektna skupina je sestavljena iz uveljavljenih raziskovalcev/profesorjev, ki so priznani strokovnjaki na področju laserske obdelave, biologije, toksikologije in materialov. Multidisciplinarni pristop in znanstveno sodelovanje bosta pomembno prispevala k uspešni izvedbi predlaganega projekta. Prav tako bomo tekom projekta skušali identificirati kritična tveganja za izvedbo in predlagali ukrepe za njihovo zmanjšanje.

POMEN PRIČAKOVANIH REZULTATOV RAZISKOVALNEGA PROJEKTA

Predlagani projekt ima velik znanstveni potencial, saj tehnika modifikacije površin z laserjem predstavlja izjemno prilagodljivo, ponovljivo in čisto tehnologijo za spreminjanje površin ter je edina tehnika, ki lahko v enem samem koraku zagotovi nadzorovano spreminjanje površine kovinskih materialov na več nivojih (spremembe topografije, kemije in omočljivosti). Relevantnost in potencialni vpliv pričakovanih rezultatov SurfBioApps projekta sta velika, saj biomateriali v okviru Evropske unije za raziskave in inovacije 2021–2027 (Horizon Europe) sodijo med pomembnejše izzive na področju zdravja in predstavljajo središče evropskih raziskovalnih prizadevanj. Pomembnost nanotehnologije v medicini je prepoznala tudi Evropska tehnološka platforma za nanomedicino (ETPN), ki je objavila številne strateške dokumente in načrte, s poudarkom na pametnih biomaterialih ter pametnih nanostrukturiranih in funkcionalnih površinah. Lansiranje EU platforme EuMaT – European Technology Platform for Advanced Engineering Materials and Technologies) še dodatno potrjuje izjemni potencial projekta.

Vrednost svetovnega trga biomaterialov se giblje okoli 100 milijard EUR. Po različnih ocenah in napovedih naj bi svetovni trg biomaterialov leta 2024 dosegel 200 milijard EUR, kar še dodatno potrjuje pomembnost in raziskovalni potencial.

Na nacionalni ravni so pametni materiali za uporabo v biomedicini eden izmed strateških raziskovalnih prioritet v Strateško razvojno-inovacijskem partnerstvu (SRIP) v zdravstvo-medicina. To partnerstvo predstavlja mrežo ključnih slovenskih interesnih skupin in ga vodi Slovensko središče za inovacije (https://www.sis-egiz.eu/dejavnosti/srip/). Partner v projektu SurfBioApps (Damjana Drobne, BF-UL) vodi eno od raziskovalnih področij znotraj SRIP-a Zdravje-Medicina, ki vključuje nove in napredne materiale za biomedicinsko uporabo. Damjana Drobne je tudi članica svetovalnega sveta (SIH EEIG) in bo zadolžena za izkoriščanje rezultatov ter sodelovanje z industrijo, ki se zanima za uporabo novih materialov.

Povzetek projekta

Izpostavljenost vodiku škodljivo vpliva na lastnosti običajnih kovinskih zlitin, kar povzroči vodikov induciran prehod iz duktilne v krhko, znan kot vodikova krhkost (HE). Obseg poslabšanja je odvisen od materiala in njegove mikrostrukture, specifičnega okolja, mehanskih obremenitev in notranjih napetosti, ki nastanejo med proizvodnjo. Mikrostruktura jekel kljub enaki kemijski sestavi močno odstopa pri uporabi različnih tehnologij izdelave. Značilnosti lasersko temelječih procesov AM so visoki temperaturni gradienti, zaostale napetosti, anizotropija, zelo kompleksne in hierarhične mikrostrukture z visoko gostoto dislokacij in kemična nehomogenost. Te posebnosti lahko kritično vplivajo na dovzetnost za HE. HE se lahko pojavi prek različnih mehanizmov, vendar pa so, ko gre za materiale AM, natančni osnovni mehanizmi še vedno predmet intenzivnih raziskav in razprav.

Glavni izzivi, povezani s proizvodnjo, skladiščenjem, transportom in uporabo zelenega vodika kot bodočega nosilca energije, so vodikova krhkost običajno uporabljenega materiala - nerjavnega jekla, in kako se HE razlikuje glede na njegovo vrsto, mikrostrukturo in proizvodnjo. Za odgovor na ta vprašanja je predlagani raziskovalni projekt na področju materialov za nove energetske tehnologije osredotočen predvsem na definiranje in razumevanje mehanizmov vodikove krhkosti (HE) v dveh reprezentativnih 3D natisnjenih nerjavnih jeklih (avstenitnem in martenzitnem) in v tem, kako se razlikujejo v primerjavi s konvencionalno proizvedenimi jekli.

Cilji projekta

Medtem ko zeleni vodik predstavlja ključno komponento v prihodnji podnebno nevtralni družbi, njegova proizvodnja, skladiščenje, transport in uporaba kot prihodnjega nosilca energije postavljajo visoke zahteve in varnostne pomisleke s strani ustreznosti materialov. To je še posebej kritično, ko gre za visoko zmogljive aditivno izdelane (AM) kovinske zlitine, za katere je značilna mikrostruktura finih steblastih zrn, visoka gostota dislokacij, mikrosegregacije, napake in anizotropija. Izpostavljenost vodiku negativno vpliva na mehanske lastnosti kovinskih materialov, kar povzroči vodikovo krhkost (HE). Pogoji delovanja v proizvodnji energije, pa tudi v drugih industrijah, lahko privedejo do HE in morebitne korozije, kar povzroči nenadno in nepredvidljivo odpoved struktur. HE se lahko pojavi prek različnih mehanizmov, vendar se o natančnih osnovnih mehanizmih še vedno razpravlja in jih ne razumemo, ko gre za različna nerjavna jekla, odporna proti koroziji, proizvedenih z AM tehnologijami. Značilnosti lasersko temelječih procesov AM so ponavljanje segrevanja, taljenja, strjevanja in ponovnega taljenja z visokimi temperaturnimi gradienti, kar povzroči visoke zaostale napetosti, anizotropijo, zelo kompleksne in hierarhične mikrostrukture z visoko gostoto dislokacij in kemijsko nehomogenostjo. Te posebnosti, v kombinaciji z vrsto nerjavnega jekla, imajo lahko kritičen vpliv na HE in tudi na njegovo odkrivanje.

Glavni izzivi, povezani s proizvodnjo, skladiščenjem, transportom in uporabo zelenega vodika, so vodikova krhkost in razpoke zaradi napetostne korozije ter kako se ti razlikujejo glede na vrsto in proizvodnjo nerjavnega jekla. Za reševanje teh izzivov, neposredno povezanih z materiali za nove energetske tehnologije, se projekt osredotoča na naslednje cilje:

- analizirati obnašanje 3D-tiskanih nerjavnih jekel v okoljih, bogatih z vodikom, in oceniti zmogljivost uporabe

- identificirati in optimizirati eksperimentalne metode za spremljanje začetka in širjenja razpok zaradi vodikove krhkosti

- temeljito razumeti mehanizme vodikove krhkosti (HE) v nerjavnih jeklih in kako se razlikujejo glede na vrsto nerjavnega jekla in način izdelave (konvencionalno proti AM)

- identificirati glavne parametre, ki vplivajo na občutljivost za HE kot funkcijo mikrostrukture

Metodologija in koncepti

Projektni predlog na področju novih energetskih tehnologij/materialov združuje pet aktivnosti, namenjenih identifikaciji in razumevanju mehanizmov in dovzetnosti za vodikovo krhkost pri aditivno izdelanih nerjavnih jeklih. Le to v primerjavi s konvencionalno proizvedenimi jekli in v odvisnosti od vrste nerjavnega jekla (mikrostruktura in faze). Projekt naslavlja 5 raziskovalnih osi, ki so podrobno opisane spodaj in postavljajo temelje za poglobljeno raziskavo mehanizmov HE aditivno izdelanih nerjavnih jekel. Dejavnosti bodo vključevale:

(i) 3D tisk z LPBF metodo, predobdelava in naknadna obdelava ter ugotavljanje korelacije med parametri vodičenja in dejansko koncentracijo H za tipična nerjavna jekla (avstenitna, martenzitna), izdelana na konvencionalni način in s 3D-tiskanjem;

(ii) podroben pregled in karakterizacija mikrostrukture in mikrostrukturnih sprememb, povezanih z H, za opredelitev in kvantificiranje porazdelitve mikrostrukturnih napak in njihovega razvoja v prisotnosti vodika ter med obremenjevanjem (analizator elementov ONH, ICP-OES, TDS, SEM, FIB-SIMS, FIB-DIC, EBSD, XRD, AES, XPS, TEM, APT);

(iii) testiranje in ugotavljanje izpostavljenosti in difuzije H na lastnosti in obnašanje jekla pod obremenitvijo. Preskusi bodo vključevali določanje običajnih mehanskih lastnosti (trdota, žilavost, natezna trdnost) po vodičenju, predvsem obnašanje napetosti in deformacije pri počasni stopnji deformacije (SSRT), tako na zraku kot v elektrolitu pri dodatnem katodnem vodičenju. Določena bo tudi odpornost proti utrujanju in obrabi;

(iv) ugotavljanje primernosti različnih metod za spremljanje in odkrivanje začetka in širjenja razpok, povezanih z HE, kot tudi poslabšanja lastnosti (elektrokemični šum (EN), akustična emisija (AE), optično spremljanje (DIC), mikroračunalniška tomografija, tehnika vodikovega mikrotiska) in

(v) opredelitev in razumevanje mehanizmov HE v aditivno izdelanih nerjavnih jeklih in njihove razlike v primerjavi s konvencionalnimi. Rezultati porazdelitve/prerazporeditve vodika in spremljanja razpok HE, podroben mikrostrukturni pregled in karakterizacija po izpostavljenosti/po zlomu skupaj z razumevanjem difuzije vodika in lovljenja (razporeditve) med obremenitvijo. Le-to bo služilo kot osnova za opredelitev in razumevanje mehanizmov HE v različnih nerjavnih jeklih.

Raziskovalna skupina

Projekt je financiran s strani ARISa z 2016 urami cenovnega razreda C: 1. 1. 2024 – 31. 12. 2025.