Revista >> Aprilie 2024 [Nr. 263] >> Cercetare & Invatamant superior

IMNR, pe drumul creării unui grup de excelență în domeniul aliajelor cu entropie înaltă

Alexandru Batali

17 Aprilie 2024

Pe 20 martie, Institutul de Metale Neferoase și Rare (IMNR) a organizat un workshop dedicat aprofundării problematicii din domeniul cercetării aliajelor cu entropie înaltă (High-Entropy Alloys – HEA). Evenimentul ne-a permis descoperirea unui proiect din PNRR (în valoare de 7 milioane de lei) reprezentativ pentru preocupările actuale ale Institutului, „Aliaje cu entropie înaltă și acoperiri antimicrobiene, cu proprietăți fizice și mecanice îmbunătățite, concepute prin utilizarea metodelor de învățare automată pentru reducerea coroziunii influențate microbiologic - AHEAD”, precum și întâlnirea cu coordonatorul său, prof. dr. sc. Alexander Pogrebnjak, un reputat om de știință ucrainian care a găsit în IMNR mediul favorabil pentru a-și continua cariera profesională, dar mai ales pentru a crea aici un grup de excelență în domeniul HEA.

Prof. dr. sc. Alexander Pogrebnjak este directorul Departamentului de Nanoelectronică și Modificări ale Suprafeței și profesor titular la Universitatea de Stat Sumy din Ucraina. Universitatea de Stat Sumy din Ucraina este clasată pe locul 157 în topul realizat de The Times Higher Education Young University Rankings, din anul 2022, în top 400 privind științele exacte în anul 2023 și locul 118 în topul QS EECA University Rankings în anul 2021.
Prof. Alexander Pogrebnjak este un om de știință ucrainean, recunoscut la nivel internațional, cu o vastă experiență în știința materialelor și bioinginerie, în special la dezvoltarea, sinteza și funcționalizarea suprafețelor. Expertiza sa științifică cuprinde studii fundamentale și experimentale, precum și aplicații în domeniul proiectării, dezvoltării și studierii aliajelor multicomponente nanostructurate și a acoperirilor cu duritate ridicată, rezistenței la uzură, stabilității de fază și funcționalizării acestora; asupra modificării structurii și proprietăților materialelor, prin fascicule de ioni pulsați intens, fascicule de electroni și fluxuri de plasmă; biomateriale, hidroxiapatită și ceramic pentru diferite aplicații; implantarea intensivă în metale și semiconductori pentru îmbunătățirea proprietăților; fabricarea de acoperiri avansate și aliaje, precum și multe altele. Prof. Pogrebnjak este autorul a peste 367 de articole în reviste științifice indexate Scopus, a fost citat de peste 5744 ori, iar h – index în Scopus este de 46 și în Web of Science de 40. Este membru al consiliului editorial al revistelor Current Nanobiotechnology, Bentham Science, etc. Grupul său de cercetare lucrează îndeaproape cu universități și centre de cercetare din peste 20 de țări din Europa, Asia și SUA, având în medie peste 20 de articole științifice pe an în reviste internaționale de rang înalt, în ultimii 10 ani. Prof. Pogrebnjak a coordonat peste 29 de lucrări de licență și 35 de lucrari de disertație, precum și 22 de teze de doctorat, dintre care 6 au fost aprobate până în prezent, în vederea obținerii titlului de doctor.
Recent, în septembrie 2022, i-a fost acordat titlul onorific de „Savant în Domeniul Științei și Tehnologiei” („Honored Worker of Science and Technology”), de către Președintele Ucrainei, Volodymyr Zelenskyy. Profesorul Pogrebnjak a fost membru în comitetul de organizare a peste 15 conferințe internaționale, iar în 2011 a fost numit Președinte al Conferinței Internaționale în domeniul Nanomaterialelor – IEEE: Aplicații și Proprietăți.

Domnule profesor, care au fost argumentele esențiale care v-au determinat să alegeţi IMNR pentru continuarea carierei științifice? De ce consideraţi că acest institut vă poate pune cel mai bine în valoare expertiza şi vă oferă un mediu propice pentru a face performanţă în cercetare?
Analiza activității colegilor din România în domeniul elaborării și cercetării aliajelor cu entropie înaltă a arătat că IMNR este unul dintre puținele institute din România unde această temă a fost abordată cu seriozitate... (IMNR implementase deja câteva proiecte de obținere a aliajelor de înaltă entropie). Totodată, abordarea profesională și componența personalului Institutului au avut o importanță fundamentală. În plus, unul dintre colegii mei, Bogdan Postolnyi, doctorand la acea vreme, a mai lucrat cu acest colectiv al Institutului, cu echipa domnului dr. ing. Radu Piticescu, fapt care a reprezentat un motiv suplimentar pentru depunerea unui proiect comun. De asemenea, Institutul dispune de anumite echipamente pentru analiza materialelor și de posibilitatea de a proiecta noi compoziții de aliaje cu entropie înaltă. Toate aspectele menționate au stat la baza argumentelor care au determinat alegerea mea de a lucra cu această echipă.

Dintr-o perspectivă opusă, ce doriţi să construiţi notabil în cadrul IMNR şi în cercetarea românească?
Persoanele din grupul nostru (pe care îl conduc), în colaborare cu oamenii de știință din Japonia, Franța, Polonia și SUA, China, Slovacia ș.a., au început din anul 2013 să se ocupe de problematica obținerii de noi acoperiri din nitruri de aliaje cu entropie înaltă. Am efectuat numeroase activități (și am publicat articole în reviste foarte bine cotate, capitole de cărți tipărite la edituri renumie în lume (este vorba de Springer, Elsevier) având ca scop crearea de noi acoperiri cu nitruri și cu straturi multiple cu structură nanocristalină. Aceste lucrări au stârnit un anumit interes în lume, de aceea au fost citate destul de mult, de peste 1000 de ori... În plus, am prezentat posibilități de utilizare a acestor acoperiri având la bază aliaje cu entropie înaltă în ingineria mecanică, industria auto, aerospațială și chimică... Aceasta, pe lângă obținerea caracteristicilor fundamentale, influența dimensionalității, atingerea proprietăților mecanice, rezistența la coroziune și radiații a materialelor cu acoperiri ceramice realizate din aliaje cu entropie înaltă.

Conduceți proiectul AHEAD din PNRR dedicat aliajelor cu entropie înaltă. Care este specificul acestui proiect, prin ce diferă faţă de alte proiecte similare existente în acest domeniu?
Acest proiect se află la intersecția diferitelor domenii ale științei și industriei, inclusiv proiectarea aliajelor, fabricarea de acoperiri, știința coroziunii, microbiologie, industria marină, gaze și petrol, tratarea apei, captarea energiei și multe altele. Provocarea constă în combinarea expertizei în aceste domenii diverse și asamblarea pieselor pentru a obține cele mai eficiente rezultate și aplicații potențiale.

Care sunt principalele obiective pe care proiectul dorește să le atingă?
Obiectivul principal este de a proiecta materiale cu potențial de atenuare a coroziunii influențate microbiologic în medii extreme din lumea reală. Ne propunem să dovedim viabilitatea conceptului de aliaje și acoperiri cu entropie înaltă cu agenți antimicrobieni încorporați drept soluție eficientă în acest domeniu și să descoperim cele mai potrivite aplicații. Acest efort este cuplat cu acumularea de cunoștințe și expertiză în acest domeniu prin înființarea unei noi echipe de cercetare în institut.

Pe măsura creșterii populației la nivel global și a extinderii conceptului de confort, produsele extrem de tehnologizate implică folosirea unei diversități de metale, unele în cantități semnificative obținute prin exploatare, altele în stocuri critice ori greu de găsit în anumite zone. Rezervele sunt mult diminuate sau se află la mare adâncime. În ce măsură aliajele cu entropie înalta oferă o soluţie promiţătoare în raport cu stocurile critice. ori în ceea ce priveşte susţinerea economiei circulare? Care sunt în fond avantajele principale aduse/promise de HEA?
De fapt, problema accesării materiilor prime se extinde dincolo de adâncimea zăcămintelor acestora. Există numeroși factori în joc, inclusiv relațiile economice și politice, dinamica comerțului internațional, crizele globale, pandemiile, războaiele și altele. Criza penuriei de semiconductori, care s-a intensificat odată cu pandemia de COVID-19, este un exemplu proeminent. Din 2011, Comisia Europeană efectuează analize ale materialelor critice pentru regiunea UE și publică periodic o listă de materii prime critice (CRM) la fiecare trei ani. În 2023, a fost lansată a cincea listă cu 34 de materii prime critice. Parametrii primari utilizați pentru a determina criticitatea sunt importanța economică și riscul de aprovizionare. De exemplu, Europa se bazează în prezent pe China pentru 98% din necesarul de pământuri rare, 97% din aprovizionarea cu litiu și 93% din aprovizionarea cu magneziu.

Profesorul Mihai Ducea, membru corespondent al Academiei Române, considera într-o conferinţă recentă că principiile economiei verzi trebuie corelate cu strategiile industriei resurselor, cu cerințele comunităților care locuiesc în zonele în care se fac exploatările și cu impactul cât mai mic asupra mediului natural. Aliajele cu entropie înaltă reduc această presiune asupra mediului şi reprezintă un mod mai eficient de valorificare a resurselor necesare diverselor industrii?
Aliajele cu entropie înaltă nu sunt un panaceu pentru rezolvarea tuturor problemelor existente în lume. Cu toate acestea, metodele prietenoase cu mediul sunt folosite pentru fabricarea de aliaje și acoperiri cu entropie înaltă. Proprietățile lor remarcabile, împreună cu metodele inovatoare de proiectare și fabricație, au potențialul de a spori eficiența utilizării materialelor, de a prelungi durata de viață a produsului și de a îmbunătăți eficacitatea acestora.