Z uporabo sodobnega inženiringa materialov smo pripravili visokozmogljive toplotno izvolitve material iz obnovljivih virov, s katerimi ciljamo izboljšati energijsko učinkovitost zgradb. Pokazali smo, da oblikovanje vodnih suspenzij celuloznih nanovlaken, grafenovega oksida in sepiolitinih nanopalčk z zmrzovanjem in naknadno sublimacijo privede do superizolativnih, negorljivih in močnih, anizotropnih, visokoporoznih pen, ki imajo boljše lastnosti od tradicionalnih izolativnih materialov. Porozne pene so ultralahke, izkazujejo odlično odpornost proti gorenju in izkazujejo toplotne prevodnosti 15 mW m-1 K-1, kar je približno pol manj od stiropora (ekspandirani polistiren). Pri 30 °C in 85% relativni vlažnosti porozne pene zadržijo več kot polovico začetne trdnosti. Naši rezultati kažejo, da je lahko sodoben inženiring nanomaterialov obetajoča strategija za pripravo poroznih struktur z izjemnimi lastnostmi ob uporabi celuloze in drugih obnovljivih vlaknastih nanomaterialov. Članek je visoko citiran z več kot 170 citati v manj kot treh letih.
COBISS.SI-ID: 28072487
V eni od vodilnih revij s področja biomaterialov smo v objavljeni študiji doprinesli k boljšemu razumevanju vpliva segregacije itrija na transformacijo t-m biokeramike 3Y-TZP. Z natančnim načrtovanjem sintranja smo pripravili 3Y-TZP z enako velikostjo zrn a različno koncentracijo itrija. Študirali smo vpliv faznega razslojevanja na stabilnost in strukturo različnih faz prisotnih v 3Y-TZP in na nastanek zaostalih napetosti. Prvič je bilo pokazano, da so z itrijem bogate faze v matrici 3Y-TZP prisotne pod tlačnimi napetostmi, kar smo podprli z opaženo relaksacijo teh faz po staranju. Na ta način postavimo razumevanje transformacijskega mehanizma t-m, ki značilno vpliva tako na staranje kot tudi na krhkost keramike 3Y-TZP, v nov kontekst.
COBISS.SI-ID: 30688295
V sodelovanju z uglednim profesorjem Micheal Swainom smo študirali kombiniran učinek ko-dopiranja z aluminijevim in silicijevim oksidom na staranje cirkonijeve oksidne biokeramike. Pokazali smo, da prisotnost SiO2 povzroča zaobljenost zrn in tako zmanjša notranje napetosti, kar vpliva na nukleacijo transformacije. Prisotnost Al2O3 pa zboljša trdnost mej med zrni, kar vpliva na upočasnjeno napredovanje transformacije t–m. Istočasen dodatek obeh dopantov ohranja večjo koncentracijo itrijevega oksida in s tem večjo termodinamsko stabilnost tetragonalnih zrn, kar ob manjših notranjih napetostih vodi k izjemno povečani odpornosti cirkonijeve oksidne keramike proti staranju, ne da bi se pri tem poslabšala trdnost in lomna žilavost tega popularnega biokeramičnega materiala.
COBISS.SI-ID: 28092455
Pokazali smo, kako so lahko primarni kristaliti tako gradniki za homogeno zlaganje v gost sklad kot tudi osnova za hitro sintranje. Homogeno urejanje primarnih kristalitov ZrO2 v sekundarne delce botruje k povišani površinski energiji pri visokih temperaturah, kar omogoča pospešeno sintranje. Z izpostavitvijo intenzivnemu elektromagnetnemu sevanju in toplotni radiaciji v posebej pripravljenem modelu v peči SPS (»Spark Plasma Sintering«) je prišlo do aglomeracije, združevanja in drsenja kristalitov v odsotnosti difuzijskih procesov, kar je prispevalo k zgoščevavnju brez rasti zrn v začetnih fazah sintranja. Na ta naičin nam je uspelo pripraviti gosto nanokeramiko ZrO2 v samo 2 minutah pri 1300 °C. Delo je bilo objavljeno v Scientific Reports in predstavljeno na uglednem portalu Ceramic Tech Today, ki ga objavlja organizacija American Ceramic Society.
COBISS.SI-ID: 30524455
Izvedli smo dolgotrajno (480 ur), pospešeno in vitro staranje, da bi spremljali odvisnost med staranjem, trdnostjo in podpovršinsko mikrostrukturo. Dolgotrajno staranje je pokazalo pomembna nova dognanja vplivu peskanja na mehanske lastnosti. V začetni fazi staranja se je sprva povečana trdnost peskanih vzorcev zmanjšala, a se je nato ustalila na vrednosti vzorcev, ki niso bili peskani. Tanjši vzorci so izkazovali podobne mehanske lastnosti, a z razliko, da so se nekateri spontano zlomili po 480 urah staranja, kar pa se sicer ni dogajalo pri debelejših vzorcih. Kinetika staranja nepeskanih vzorcev je bila premosorazmerna, medtem ko so peskani vzorci izkazovali dvostopenjsko kinetiko, ki se je ujemala z opaženo 10 mikrometrsko debelo spremenjeno plast pod površjem. Ko je fronta postaranega materiala prešla skozi to plast, je staranje potekalo hitreje, trdnost pa padla na vrednosti vzorcev, ki niso bili peskani.
COBISS.SI-ID: 33233881
Vodja programa je s soavtorji objavil enega zadnjih sklopov raziskav svoje doktorskedizertacije, ki je osnova prijavljenega projekta, t.j., poglobljen študij razvoja aluminijevih hidroksidov v razredčenih vodnih suspenzijah prahu aluminijevega nitrida (AlN) v temperaturnem območju 22-90°C, ki mu je omogočil postavitev splošnega mehanističnega modela za široko temperaturno območje. Tako smo bili prvi, ki smo združili reakcije hidrolize odvijajoče se pri sobni temperaturi in povišanih temperaturah v enotno shemo. Pokazali smo temperaturno odvisno tvorbo raznih aluminijevih hidroksidov v sledečem sosledju: amorfni aluminijev gel, aluminijev monohidroksid (bemit), in aluminijevi trihidroksidi (bajerit, gibsit, in nordstrandite). Ta edinstvena medsebojna soodvisnost med temperaturo in pH vrednostjo hidrolizirajoče se suspenzije prahu AlN, ki jo diktira topnost amonijaka ter eksotermne reakcije hidrolize proizvajajoč Al(OH)4-specije, je glavna gonilna sila za vrsto različnih poti tvorbe sosledja aluminijevih hidroksidov različnih morfologij.
COBISS.SI-ID: 25586727
Po tako imenovani krizi redko-zemeljskih kovin, je raziskovanje feritnih magnetov spet postalo zanimivo tudi s stališča aplikacij. Namreč, če bi uspeli obstoječim feritnim magnetom izboljšati energijski produkt, bi v nekaterih aplikacijah z njimi zamenjali Nd-Fe-B magnete. V svojem delu smo raziskovali izmenjalno sklopljeno trdo (SrFe12O19) in mehko (CoFe2O4) magnetno fazo. Da pa je izmenjalna interakcija med obema fazama mogoča, je potrebno zadostiti določenim pogojem. Najpomembnejši je velikost delcev mehko magnetne faze, ki ne sme presegati 28 nm (če je trdo magnetna faza SrFe12O19). Zato smo kot metodo zgoščevanja uporabili sintranje v peči na osnovi vročega enoosnega stiskanja v enosmernem pulzirajočem toku (SPS) za katero je znano, da je rast zrn, v primerjavi s konvencionalnim sintranjem, močno omejena. Določili smo optimalne pogoje sintranja (1900 °C, 5 min, 90 MPa), izmerili magnetne lastnosti ter jih z analizo mikrostrukture tudi razložili. Kompoziti pripravljeni na takšen način so izkazovali 22 % višji energijski produkt kot enofazni SrFe12O19 pripravljen po istem postopku.
COBISS.SI-ID: 29371943
V sodelovanju z Univerzo v Szeged-u, Madžarska, smo pripravili visoko fotokatalitski in antibakterijski hibridni material na osnovi keramike s kombinacijo polprevodnega fotokatalitskega materiala (TiO2) na lamelni podlagi (hidroksiapatit – HAp). Za imobilizacijo fotokatalitskega materiala smo uporabili polimerno vezivo, ki v primerjavi z ostalimi metodami ponuja boljšo pokrivnost, fleksibilnost, nizko maso, je udarno obstojen ter cenovno ugoden. Biokompatibilne keramične HAp mikrolamele in TiO2/polimer hibridni sloji tvorijo razvejano strukturo tankih lamel z visoko specifično površino, kar daje kompozitu dobre fotokatalitske lastnosti. Tako pripravljen TiO2/HAp kompozit ima bistveno višjo specifično površino (140 m2 g-1) napram čistim HAp (116 m2 g-1) in TiO2 (53 m2 g-1) komponentam. Zaradi razvejane lamelarne HAp strukture ima hibridni sloj iz 36/24/40 mas% TiO2/HAp/poliakrilat enake antibakterijske lastnosti kot sloj 60/40 mas% TiO2/poliakrilat, pri čem pa dodatek HAp bistveno izboljša obstojnost polimernega veziva pred fotodegradacijo, kar poveča življenjsko dobo materiala.
COBISS.SI-ID: 30653479
Raziskava je bila usmerjena v pripravo kompozitnih materialov utrjenih z dolgimi prevodnimi vlakni s postopkom elektroforetskega nanašanja in infiltracije (ang. Electrophoretic (infiltration) deposition - EPID). Za pripravo kompozitov iz vodnih suspenzij, je bila uporabljena prirejena klasična celica za elektroforetsko nanasanje, pri cemer je morala biti 3-D tkana tkanina prevodnih vlaken locena od elektrode na kateri se tvori nanos. Proces infiltracije je potekal na način analogen infiltraciji kompozitov utrjenih z neprevodnimi vlakni – delci iz suspenzije tvorijo nanos na elektrodi, ki postopoma zapolni pore v porozni strukturi (tkanini).
COBISS.SI-ID: 28767527
Kombinacija dinamičnega hidrogela na osnova 4-krakega tiola zlata zaključenega s poli(etilen glikolom) [Au-(PEGSH)4], ki izkazuje sposobnost samozdravljenja, in 10-milimetrskih aglomeratov vsebujoč100-nanometrske delce bioaktivnega stekla (BAG), pripravljenega po metodi sol-gel, povzroči nastanek hidrogelnih nanokompozitov [Au-(PEGSH)4-BAG] z izboljšanimi lastnostmi. Kompresijski testi so pokazali glavne pomanjkljivosti vsakega posameznega materiala, t.j. krhkost za nanodelce BAG in šibko konsistenco za Au-(PEGSH)4, ki so bili odpravljeni v kombinaciji obeh. Še več, kompozit je izkazoval visoko odpornost na stres in sorazmerno veliko deformacijsko sposobnostjo. Poleg tega je počasna difuzija v 3D matrici omogočala zakasnitev degradacije nanodelcev BAG, pri čemer je pH ostal na ravni fizioloških vrednosti. Iz istega razloga je prisotnost nanodelcev BAG v hidrogelu dokazala, da zmanjšuje citotoksičnost organskih delcev. In vitro razgradnja nanodelcev BAG, vgrajenih v dinamični hidrogel, je privedla do nastanka hidroksiapatita, kar posledično nakazuje na osteoinduktivne lastnosti hidrogelnega nanokompozita Au(PEGSH)4-BAG. Slednje omogoča, da je tak samopopravljivi dinamični biomaterial dober nosilec, ki inducira in spodbuja regeneracijo kosti in ga je možno vbrizgavati.
COBISS.SI-ID: 29648679