Revista si suplimente
MarketWatch
Inapoi Inainte

INCDIE ICPE-CA: dezvoltarea de materiale avansate cu aplicații în inginerie electrică și în domeniul medical

14 Aprilie 2022



În cadrul Institutului Național de Cercetare - Dezvoltare pentru Inginerie Electrică ICPE-CA Bucureşti, Departamentul de Materiale Metalice, Compozite şi Polimerice (DMMCP), există preocupări ştiințifice constante pentru dezvoltarea de noi materiale avansate atât prin activități de cercetare industrială, cât şi de dezvoltare experimentală. Activităţile sunt în acord cu strategia națională de CDI şi cu strategia de CDI a institutului, fiind abordate teme de cercetare pentru realizarea de aplicații practice aferente domeniilor de prioritate publică, cum ar fi “Tehnologii noi şi emergente” şi “Sănătate”, precum şi domeniilor de specializare inteligentă “Eco-nanotehnologii şi materiale avansate” şi “Energie”.
Cu o tradiție de peste 70 ani în domeniul materialelor de contact electric, institutul a realizat şi investigat noi materiale de contact pe bază de wolfram-cupru dopate cu nichel sau oxid de grafenă, pentru contacte de arc utilizate la echiparea aparatelor de comutaţie de medie şi înaltă tensiune, cu comutaţie în ulei mineral de transformator sau gaz de hexafluorură de sulf.
Astfel, au fost elaborate procedee inovative de presare-sinterizare-infiltrare şi de sinterizare în plasmă de scânteie (SPS), soluțiile originale fiind brevetate la Oficiul de Stat pentru Invenții și Mărci (OSIM). Prototipurile elaborate au fost certificate prin documentaţii tehnice de validare a tehnologiilor de obţinere. Testarea în condiţii reale de exploatare a pieselor finite cu formă complexă (fig. 1) prelucrate mecanic din prototipuri de semifabricate cilindrice sinterizate a relevat atingerea nivelului de maturitate tehnologică TRL 7, produsele fiind fezabile introducerii în fabricaţie şi implementării pe piaţă de către partenerii proiectului (ICPE-CA şi partenerul industrial MAIRA MONTAJ SRL).



O altă direcție de cercetare abordată de specialiştii din ICPE-CA în colaborare cu MAIRA MONTAJ SRL se referă la dezvoltarea de varistoare sub formă de disc pe bază de oxizi metalici pentru îmbunătăţirea efectului protector al descărcătoarelor de supratensiuni. Colaborarea se derulează în cadrul unui proiect PED care se va finaliza anul acesta prin certificarea prototipurilor de varistoare pe bază de oxid de zinc şi validarea tehnologiei de obţinere a acestora, protecția cunoştințelor industriale fiind realizată printr-o cerere de brevet de invenție înregistrată la OSIM în anul 2021 de către ICPE-CA. Parametrii electrici principali de funcționare a varistoarele pe bază de oxid de zinc dezvoltate în cadrul proiectului PED (fig.2) (tensiunea nominală a descărcătorului de 25 kV, tensiunea de funcționare continuă de 12 kV şi curentul de conducţie de 1 mA) prezintă valori conforme descărcătoarelor de supratensiuni de medie tensiune.



Tematicile de cercetare descrise mai sus au fost stabilite de comun acord de către partenerii proiectelor CDI, în vederea rezolvării necesităților identificate, care să conducă la creșterea competitivității economiei românești prin CDI prin dezvoltarea de noi materiale şi produse fiabile, cu proprietăți performante, care să înlocuiască produsele similare din import.
Începând cu anul 2005, colectivul de cercetare al DMMCP a derulat activităţi CDI de realizare de noi materiale avansate ecologice cu activitate antimicrobiană pentru aplicaţii în medicină, pentru creşterea calităţii sănătăţii. Finanțarea acestor proiecte prin programe naționale a contribuit la îmbogățirea cunoştințelor ştiințifice ale cercetătorilor din colectivele de lucru, creşterea vizibilității internaționale, precum şi la dotarea ICPE-CA cu aparatură modernă de sinteză și caracterizare nanomateriale, cum ar fi rotavaporul Heildolph Laborota 4000, spectrofotometrul Jasco V-570 cu modul standard și sferă integratoare pentru caracterizări optice suspensii coloidale şi nanopulberi prin spectrofotometrie de absorbţie a luminii în UV-Vis-NIR, aparatul Brookhaven 90 Plus pentru determinare dimensiuni de nanoparticule, repartiție granulometrică şi potenţial zeta prin împrăştierea dinamică (DLS) şi electroforetică a luminii (ELS), precum şi sistemul Anton Paar Calotest Compact pentru determinare grosime acoperiri de 0,1 - 50 μm.
Cercetările ştiinţifice au condus la elaborarea de noi materiale (biomateriale compozite cu matrice poliuretanică și celulozică, materiale de acoperire de tip acrilo-stirenice și pe bază de rășini epoxidice, materiale de acoperire filmogene cu metiltrietoxisilan) dopate cu nanoparticule de argint cu dimensiuni de 5-20nm şi soluţii coloidale de argint cu proprietăţi antibacteriene şi antifungice, cu spectru larg de acțiune, ecologice și fără risc de apariție a germenilor mutanți. ICPE-CA a dezvoltat noi metode de sinteză chimică şi electrochimică eficiente, care au permis obținerea de soluţii coloidale de argint stabile într-un interval larg de concentrații de argint (de la 2-3000 ppm), compatibile cu tehnicile de procesare a polimerilor. Studiile asupra proceselor de interfaţă în sistemele mediu de dispersie - argint - polimeri elaborate au contribuit la stabilirea dimensiunilor şi concentraţiilor critice ale particulelor de argint la care acestea manifestă caracteristicile electrice, respectiv antiseptice, specifice domeniului nanoscalar, precum și la stabilirea designului molecular în compozitele polimerice.
Proiectele CEEX – CORINT derulate de către ICPE-CA în domeniul micro/nano materialelor compozite avansate multifuncţionale cu aplicaţii în ingineria electrică şi medicină au vizat formarea unor reţele ştiinţifice la nivel european, cu componenţă multidisciplinară şi au contribuit la creşterea vizibilităţii şi reprezentativităţii internaţionale a comunităţii ştiinţifice româneşti în vederea corelării şi integrării în programe europene şi internaționale de cercetare.
În vederea obținerii de noi materiale nanostructurate de tip bariere bacteriologice respirabile, în special pentru domeniul medical, care să asigure protecţie maximă pentru pacienţi şi utilizatori, standarde ridicate de igienă/microbiologice şi confort în purtare, ICPE-CA a derulat proiecte colaborative de cercetare aplicativă, în parteneriat cu alte institute naționale și universități. ICPE-CA a realizat suspensii coloidale de nanopulberi compozite de tip nanoparticule de argint depuse pe dioxid de titan sau oxid de zinc, cu un conținut masic de 1-5 % oxid metalic și 75-1500 ppm argint, utilizate pentru funcționalizarea antimicrobiană a unor suporturi textile. Acestea au fost proiectate pentru a putea realiza o activitate biocidală oligodinamică și sinergistică a nanoparticulelor de argint și de oxizi metalici și a agenților tensioactivi folosiți la dispersarea și stabilizarea suspensiilor. Nanocompozitele elaborate prezintă proprietăți fungistatice, activitatea antifungică fiind mai ridicată cu creşterea concentrației de nanoparticule de argint. De asemenea, efectul fotocatalitic al nanocompozitelor în domeniul vizibil contribuie la îmbunătățirea activității biocidale. Aceste materiale nanostructurate biocide pot fi folosite pentru funcționalizarea antimicrobiană a unor bunuri de larg consum (textile, piei, blănuri, vopsele, acoperiri cu proprietăți de autocurățire etc.), produse medicale și cosmetice.
O altă direcție de cercetare abordată în cadrul departamentului prin intermediul unui consorțiu format din ICPE-CA, Universitatea din București, Facultatea de Biologie și MGM STAR CONSTRUCT SRL vizează dezvoltarea de noi materiale compozite pe bază de oxid de zinc și dioxid de titan dopate cu maxim 2,8 % masice de nanoparticule de argint bioactive, cu activitate antimicrobiană şi antibiofilm pentru aplicaţii medicale, pentru funcţionalizarea biocidă a suprafețelor unor instrumente chirurgicale critice (bisturie, cuțite, pense și foarfece) din oțel inox pentru a reduce infecţiile chirurgicale locale superficiale și de a îmbunătăți calitatea vieții. Pulberile compozite sunt utilizate pentru realizarea de comprimate pentru evaporare termică (Ø8 mm x 2-4 mm) și de ţinte de pulverizare (Ø50,8 mm x 2-3 mm) (fig. 3), care au fost testate funcțional cu succes în instalații de depunere în vid. Acoperirile nanostructurate depuse pe substrat de oțel inox sub formă de straturi subțiri de grosime maximă 1500 nm prin metode fizice de depunere în vid (evaporare termică şi pulverizare cu magnetron) au prezentat o aderență bună. Materialele nano şi microstructurate, țintele de pulverizare și acoperirile nanostructurate pe bază de argint - dioxid de titan au fost realizate ca prototipuri certificate (TRL 7). Soluţiile tehnice inovative au fost brevetate la OSIM prin 2 brevete de invenție. Testele de determinare a activității antimicrobiene și antibiofilm, precum și testele de citotoxicitate a materialelor şi acoperirilor nanostructurate pe bază de argint-oxid metalic asupra unui spectru larg de bacterii Gram-pozitive și Gram-negative și fungi au relevant eficiența agenţilor antimicrobieni elaborați de a inhiba aderența microorganismelor testate pe suport de oțel inox, care nu prezintă proprietăți antibacteriene.
Valorificarea rezultatelor științifice obținute în cadrul proiectelor CDI derulate de DMMCP s-a realizat prin intermediul a numeroase brevete naționale, comunicări la manifestări tehnico-ştiinţifice internaţionale şi naţionale şi publicarea de articole în reviste științifice de specialitate cu un impact ridicat în comunitatea științifică internațională.



Calitatea rezultatelor cercetărilor protejate prin brevete de invenție şi articole științifice publicate în reviste de prestigiu indexate ISI, zona Q1/Q2 a fost confirmată prin premiile obținute la saloane şi expoziții internaţionale de invenții (EUROINVENT, Geneva, INNOVA Eureka, PRO INVENT, INVENTIKA), precum şi recunoscută şi recompensată de către UEFISCDI prin Programul 1, Subprogramul 1.1.
Pe baza experienței acumulate de-a lungul anilor, specialiştii din ICPE-CA pot produce și dezvolta prin tehnologii clasice şi emergente atât materiale avansate şi produse pentru inginerie electrică, cât și dispozitive medicale pentru aplicații medicale. Transferul de cunoștințe, tehnologii, servicii și produse către mediul economic se realizeazǎ prin colaborări directe şi dezvoltarea de parteneriate cu parteneri și beneficiari din mediul academic și industrial.



Parerea ta conteaza:

(0/5, 0 voturi)

Lasa un comentariu



trimite