- Każdy metal, jaki znamy z życia codziennego, zbudowany jest z małych kryształków, my je nazywamy ziarnami – wyjaśnia prof. Małgorzata Lewandowska. - W konwencjonalnych materiałach te ziarna mają wielkość kilkudziesięciu lub kilkuset mikrometrów. My rozdrabniamy tę strukturę do skali nanometrycznej, tzn. do takiej wielkości, że ziarna mają wielkość rzędu kilkudziesięciu nanometrów.
Pytanie: po co się to robi, czym to skutkuje? Otóż taki metal o strukturze nanometrycznej jest dwu-, trzykrotnie bardziej wytrzymały.
- To jest bardzo przydatna cecha, w szczególności w lekkich konstrukcjach, gdzie zależy nam na zmniejszeniu masy. Ma to znaczenie np. w środkach transportu, bo mniejsza masa to mniej energii potrzebnej do jej poruszenia, z więc mniejsze zużycie paliwa. Nie zmieniając składu chemicznego materiału, tylko poprzez modyfikację struktury, zwiększamy tę wytrzymałość kilkukrotnie, dzięki czemu przekrój tego materiału może być znacznie mniejszy. Zamiast stosować np. w danej konstrukcji pręty o przekroju 10 mm, możemy wykorzystać pręty o przekroju 5 mm i będą one spełniały tę samą funkcję, a będą ważyły odpowiednio mniej.
Rozdrobnienie struktury wewnętrznej metali nie tylko zwiększa ich wytrzymałość, lecz także podnosi odporność na korozję. Ta właściwość otwiera cały wachlarz możliwości zastosowań medycznych, ponieważ w tej dziedzinie jest to niezwykle istotna cecha. Na przykładzie protez kręgosłupowych wyjaśnia to Rafał Makowski z Impomed Centrum:
- W miejscu połączenia śruby i pręta następują obciążenia, które osłabiają materiał, z którego proteza jest wykonana. Materiał osłabiony narażony jest na silne działanie płynów fizjologicznych. Trzeba pamiętać, że to nie jest substancja obojętna. W naszych organizmach krąży wiele różnych jonów, które mogą uszkadzać protezę.
Nanometal jest bardziej odporny na takie właśnie szkodliwe działanie, a poza tym lepiej nadaje się do współpracy z materiałem biologicznym. Przekonuje prof. Lewandowska i przewiduje szybkie zastosowanie nanometali np. w implantologii stomatologicznej.
- Obecnie do wytwarzania implantów najczęściej stosuje się stop tytanu z dodatkiem aluminium i wanadu. Niestety zarówno wanad, jak i aluminium, są szkodliwe, jeżeli uwalniają się do organizmu ludzkiego. Znacznie lepszy w tych zastosowaniach byłby czysty tytan. W swojej konwencjonalnej postaci ma jednak niezadowalającą wytrzymałość. Rozdrobnienie struktury w tytanie do skali nanometrycznej skutkuje poprawą właściwości wytrzymałościowych i dzięki temu może z powodzeniem zastąpić stop tytanu w zastosowaniach biomedycznych na małe implanty.
Projekt nanometry realizowany na Politechnice Warszawskiej jest na razie na etapie prac laboratoryjnych, ale trwają już próby z kilkoma konkretnymi zastosowaniami.
- Na przykład elektrody do zgrzewania o dłuższym czasie pracy, są to profile nośne na fotele do środków transportu, są to wreszcie pomysły na wykonanie implantów stomatologicznych czy kręgosłupowych z tych materiałów, ale kupić ich w sklepie jeszcze się nie da.
Po 2013 roku będzie już zapewne to możliwe, ponieważ dzięki środkom na naukę naukowcy z Wydziału Inżynierii Materiałowej chcą do tego czasu opracować i przedstawić patenty na wytwarzanie owych nanometali.
Przygotowała Katarzyna Kobylecka.