Biodegradacja (gr. bios - życie, łac. degradatio - obniżenie) to biochemiczny rozkład związków organicznych przez organizmy żywe (bakterie, pierwotniaki, promieniowce, grzyby, glony, robaki) na prostsze składniki chemiczne. 

Jest to biochemiczny proces polegający na tym, że rozkład związków organicznych zachodzi dzięki organizmom żywym. Rozkładane są one na związki o wiele prostsze, a spośród takich organizmów wymienić można dla przykładu glony, pierwotniaki oraz grzyby.

Biodegradacja jest wykorzystywana między innymi w oczyszczalniach ścieków, dzięki niej szkodliwe odpady można utylizować. Ponadto biodegradacji używa się również przy okazji produkowania wielu materiałów, z których potem wytwarzane są inne rzeczy – ich podstawową zaletą jest biodegradowalność. Dzięki temu szkodliwy wpływ tych materiałów na środowisko naturalne jest znacznie ograniczony, poza tym po wyrzuceniu rozkładają się one w nieporównywalnie krótszym czasie i nie zalegają w przyrodzie przez nie wiadomo jaki czas.

BIOMATERIAŁ – to każda substancja inna niż lek albo kombinacja substancji naturalnych lub syntetycznych, która może być użyta w dowolnym okresie, a której zadaniem jest uzupełnianie lub zastąpienie tkanek narządu, albo jego części lub spełnienie ich funkcji. Powinny:

– Musi być biokompatybilny (nie może wywoływać reakcji obronnej tkanek);

– Może być przy tym neutralny dla organizmu (nie oddziałuje);

– Może być bioaktywny (oddziałuje z tkankami: następuje integracja materiału z tkanką).

– Może być biodegradowalny (rozkładać się w organiźmie);

– Musi mieć odpowiednie właściwości. Np. implant kości nie może być ani słabszy, ani silniejszy niż

kość.

Ceramiczne:

• Z porównania różnych biomateriałów stosowanych na implanty wynika, że materiały

ceramiczne są to tworzywa kruche o małej wytrzymałości na zginanie. Są nieodporne na obciążenia dynamiczne i nie wykazują odkształcalności. Duża twardość oraz odporność na ścieranie oraz korozje w środowisku tkanek i płynów ustrojowych minimalizują, lecz nie eliminują zużywania się materiałów

bioceramicznych po długotrwałym użytkowaniu.

• Produkty zużycia tej grupy materiałów nie wywołują znacznych odczynów toksycznych i alergicznych, co decyduje o dobrej biotolerancji bioceramiki w organizmie.

• Największą zaletą bioceramiki jest to, że przy odpowiedniej porowatości powierzchni wrasta w nie tkanka. Do porów o regulowanej wielkości wrastają unaczynione tkanki miękkie oraz kapilary z osteocytami. Na bazie więc ceramicznego rusztowania rozwija się nowa, zregenerowana kość. Bioceramika ponadto ma porównywalną z kością gęstość i współczynnik tarcia.

• Bezporowata ceramika z kolei znalazła zastosowanie na elementy endoprotez stawowych, w szczególności na główki osadzone na trzpieniu.

Wyróżnia się trzy kategorie materiałów bioceramicznych

1. Materiały ceramiczne resorbowane w organizmie.

2. Materiały z kontrolowaną reaktywnością powierzchniową.

3. Biomateriały obojętne.

BIOMATERIAŁY WĘGLOWE

• dobra biozgodność w środowisku tkanek.

CIEKŁE KRYSZTAŁY:

1. Termo tropowe:

- nematyki

- skręcone nematyki

+ cholesteryki

- smektyki

B) liotropowe

- micele

- lamele

Charakterystyka termoplastów:

1. nematyki – uporządkowanie w jednym kierunku, ale jeszcze wzajemnie nie są uporządkowane wzdłuż pozostałych osi, tekstury fazy nematycznej są różne i zależą od barwy światła, w którym je obserwujemy; os Y

2. cholesteryki – posiadają skok obrotu, taka struktura spirali, os xyz

3. smektyki – uporządkowane w wyznaczonym kierunku iraz w rzędy. Tekstury są bardzo różne i zależą od barwy obserwowania. xy

Typ może się zmieniać z temperaturą aż do nematyków i cieczy izotropowej.

CVD

Powlekanie CVD znajduje zastosowanie w pokrywaniu narzędzi skrawających.

Techniki wytwarzania powłok metodami CVD polegają na osadzaniu materiału powłokowego z fazy gazowej w konsekwencji zachodzących w nich reakcji chemicznych. Stanowią one zatem kontynuacje technologii obróbki cieplno - chemicznej w atmosferach gazowych, a ogniwem pośrednim pomiędzy nimi są procesy metalizacji dyfuzyjnej. Metodami CVD wytwarza się najczęściej twarde i odporne na ścieranie a także na korozję powłoki węglików, azotków, węglikoazotków i oraz tlenków metali na podłożach stalowych, ceramicznych oraz metalach wysokotopliwych. Zasadniczą cechą procesu CVD jest dyfuzja pierwiastków (objętościowa) poprzez defekty struktury krystalicznej (wakacje) z utworzeniem warstwy dyfuzyjnej.Parametrami, które wpływają na przebieg procesu są: temperatura, skład chemiczny oraz warunki przepływu reagentów przez retortę. Tradycyjne metody CVD dobrze sprawdzają się we wszystkich tych przypadkach, gdzie proces nakładania powłoki jest ostatnim zabiegiem technologicznym i pomimo wysokiej temperatury nie wpływa destrukcyjnie na strukturę i właściwości mechaniczne materiału podłoża. W przypadku wyrobów stalowych, po procesie CVD należy przeprowadzić obróbkę cieplną (hartowanie i odpuszczanie) w celu utwardzenia podłoża, czego efektem są zawsze istotne odkształcenia hartownicze.

KOMPOZYTY

Kompozyt jest to materiał utworzony z co najmniej dwóch komponentów mający właściwości nowe

(lepsze) w stosunku do komponentów. Kompozyt składa się z osnowy i umieszczonego w niej drugiego składnika (zbrojenia) o znacznie lepszych właściwościach mechanicznych. Osnowa pełni następujące funkcje: utrzymuje razem zbrojenie zapewnia wytrzymałość na ściskanie przenosi naprężenie zewnętrzne na zbrojenie, zatrzymuje rozprzestrzenianie się pęknięć, nadaje wyrobom żądany kształt. Zbrojenie Zadaniem zbrojenia jest wzmacnianie materiału, poprawianie jego własciwości mechanicznych. Zbrojenie może mieć postać: Włókna ciągłego lub nieciągłego; Proszku

PODZIAŁ

Ze względu na wielką różnorodność materiałów kompozytowych dzieli się je ze względu na:

-właściwości,

-rodzaj osnowy,

-rodzaj zbrojenia.

Ze względu na osnowę:

- polimerowe (żywice, tworzywa termoplastyczne)

- metalowe

- ceramiczne

Mer – najprostszy, jaki da się wyróżnić, stale powtarzający się fragment cząsteczek polimerów. Polimery składają się z bardzo długiego łańcucha merów, zakończonych na obu końcach grupami końcowymi. W przypadku polimerów syntetycznych (tj. otrzymywanych na drodze syntezy) w wyniku reakcji polimeryzacji często przyjmuje się, że merem jest ten fragment, który bezpośrednio pochodzi od reagującego monomeru. Np. w cząsteczce polietylenu: najprostszym, powtarzalnym fragmentem cząsteczki jest grupa –CH₂–, jednak ze względu na to, że polietylen otrzymuje się w wyniku polimeryzacji etylenu CH₂=CH₂, przyjmuje się, że merem w polietylenie jest fragment [-CH₂CH₂-].

Monomer – cząsteczka tego samego lub kilku różnych związków chemicznych o stosunkowo niedużej masie cząsteczkowej, z której w wyniku reakcji polimeryzacji, mogą powstawać różnej długości polimery. Fragmenty monomerów w strukturze polimeru noszą nazwę merów. Monomery stosowane do syntezy polimerów syntetycznych można zaklasyfikować do trzech grup:

- monomery winylowe – związki posiadające wiązania wielokrotne węgiel-węgiel, (jak np. etylen CH₂=CH₂), które pękają w trakcie reakcji polimeryzacji co prowadzi do powstawania poliolefin

- monomery cykliczne – związki zawierające labilne układy cykliczne (np. cyklobutan), które ulegają otwarciu pierścienia w trakcie polimeryzacji − otrzymuje się w ten sposób m.in. poliamidy

- monomery funkcyjne – związki posiadające minimum dwie reaktywne grupy funkcyjne, które w wyniku reakcji polikondensacji lub poliaddycji prowadzą do powstania polimerów zawierających charakterystyczne układy wiązań, np. poliuretanów

Makrocząsteczka – cząsteczka polimeru złożona z 103-106 atomów. Makromolekuła często powstaje z połączenia jednego lub kilku rodzajów merów, tworząc strukturę substancji polimerowych. Przykładami makromolekuł są cząsteczki: białek, DNA, celulozy, skrobi, polietylenu, polikrzemianów (np. szkło).

NANOPROSZKI- są to ciała stałe o średnicy przekraczającej 20nm dla cząstek podstawowych. Otrzymuje się je w metodzie kondensacyjnej. Polega ona na agregacji molekuł rozpuszczonych w fazie stałej lub gazowej. Zaletą tej metody jest duża czystość (monodyspersyjne, sferyczne cząstki). Wadą tej metody jest jej mała wydajność. Metodą wydajniejszą jest rozdrabnianie na mokro w młynie perełkowym.

ZASTOSOWANIE

Nanoproszek srebrowy:

1. Tekstylia: kostiumy, pościele, dekoracje wnętrz, armatura, obrusy, ręczniki, etc.

2. Produkty plastikowe: elektryczne urządzenia domowe, zabawki, materiały dekoracyjne i pakunkowe, akcesoria sanitarne, etc.

3. Ceramika: Środki czystości, płytki podłogowe i ścienne, etc.

4. Pigmenty do farb emulsyjnych i olejnych do zastosowań zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz.

5. Przemysł papierowy: banknoty, faktury, książki, papier toaletowy, papier biurowy i pakunkowy, etc.

OTRZYMYWANIE TYTANU WYSOKIEJ CZYSTOŚCI METODĄ VAN ARKELA

POLIMERY - KLASYFIKACJA

Według rodzaju atomu, z których zbudowane są łańcuchy główne:

• łańcuch węglowy

• łańcuch heteroatomowy (oprócz atomu węgla w łańcuchu głównym są atomy innych pierwiastków)

Według budowy fizycznej:

• amorficzne (szkliste, bezpostaciowe)

• krystaliczne.

Według przemian w stan plastyczny, wynikający z konfiguracji makrocząstczek ( płynięcie)

• termoplasty (makrocząsteczki liniowe i rozgałęzione)

• duroplasty (makrocząsteczki usieciowane)

Według sposobu przenoszenia naprężeń w szerokim zakresie temperatur, a w tym w temperaturze pokojowej:

• plastomery - polimery sprężyste (kruche i lepko-sprężyste przenoszenie naprężeń)

• elastomery (przenoszą naprężenie w sposób wysokoplastyczny, z charakterystycznym zmniejszaniem entropii podczas odkształcenia).

Według zastosowań:

• konstrukcyjne

• włóknotwórcze

• lakiernicze i klejowe, itp.

Według reakcji otrzymywania:

• polimery

• poliaddukty

• polikondensaty.

Ze względu na pochodzenie:

- syntetyczne

- naturalne

- modyfikowane

SKRÓTY NAZW POLIMERÓW:

LCP - Polimer Ciekłokrystaliczny

PES - poli(eterosulfon)

PEEK - poli(eteroeteroketon)

PI - poliimid

PPS - poli(siarczek fenylenu)

PA xy - poliamid (o x oraz y węglach w łańcuchach substratów)

PA 6 - poliamid utworzony z kaprolaktamu

PET - poli(tereftalan etylenu)

PBT - poli(tereftalan butylenu)

PC - poliwęglan

POM - polioksymetylen; albo poliformaldehyd, albo poliacetal

PP - polipropylen

ABS - akrylonitryl-butadien-styren

PE - polietylen

PVC - poli(chlorek winylu)

PTFE - politetrafluoroetylen

POWŁOKI NIKLOWE

Otrzymywanie:

Do niklowania stosuje się wiele kąpieli. Najszersze zastosowanie przemysłowe znalazły kąpiele typu Wattsa, polegają na tym, że pokrywany obiekt umieszcza się w kąpieli będącej mieszaniną siarczanu(VI) niklu(II) NiSO₄, chlorku niklu(II) NiCl₂ i kwasu trioksoborowego H₃BO₃.

Właściwości:

Grubość ochronnych powłok niklowych osadzanych na stali wynosi 5 ÷ 40 µm, a powłok

technicznych przekracza 50 µm, sięgając nawet 500 µm. Twarda i odporna elektrochemicznie powłoka o grubości około 20μm. Nikiel może powodować reakcję alergiczną w postaci świerzbu niklowego i wyprysków. Atrakcyjny wygląd powłok, duża odporność korozyjna, korzystne własności mechaniczne pozwalają na zastosowanie powłok w celach dekoracyjno-ochronnych oraz technicznych. Odporność niklu na działanie wielu środowisk korozyjnych wynika z jego własności pasywnych.

Zastosowanie:

Ochrona antykorozyjna oraz dekoracja w przedmiotach codziennego użytku: klamki, armatura, uchwyty hantli i sztang. Służą do pokrywania akcesoriów samochodowych, aparatury chemicznej narażonej na działanie silnych zasad, do regeneracji zużytych części maszyn, galwanoplastycznego wytrawiania form wtryskowych

Proces otrzymywania glinu metodą Heroulta - Halla

Metoda polega na redukcji elektrolitycznej tlenku glinu w stopionym kriolicie w temperaturze ok. 1220K. Elektroliza przebiega w stanowiącej katodę żelaznej wannie wyścielonej masą węglową. Anodę stanowią grafitowe bloki zawieszone w elektrolicie. Gęstszy od kriolitu wydzielający się glin opada na dno. Na anodzie wywiązuje się tlen, który reaguje z anodą grafitową dając mieszaninę CO i CO₂.

RECYKLING

Recykling odzysk, który polega na powtórnym przetwarzaniu substancji lub materiałów zawartych w odpadach, w procesie produkcyjnym w celu uzyskania substancji lub materiału o przeznaczeniu pierwotnym lub o innym przeznaczeniu. to wielokrotne wykorzystywanie materiałów do wytwarzania nowych produktów. Zadania recyklingu to przede wszystkim zmniejszenie ilości odpadów, zmniejszenie ich szkodliwości dla środowiska oraz oszczędzanie zasobów naturalnych.

Rozróżnia się trzy rodzaje recyklingu:

• Ponowne zastosowanie - powtarzające się zastosowanie materiału lub produktu w tym samym celu (np bieżnikowanie opon, butelki na wymianę)

• Dalsze zastosowanie - użycie odpadów do nowych zastosowań po odpowiedniej przeróbce fizycznej, chemicznej lub biologicznej (np granulacja zużytych tworzyw sztucznych i opon, gdzie granulat jest stosowany jako wypełniacz w materiałach budowlanych

• Ponowne zużytkowanie - odzyskiwanie odpadów chemicznych ze śmieci i ponowne wprowadzenie ich do produkcji (np użycie wraków samochodowych w stalowniach)

ŚWIATŁOWODY

Zbudowany jest ze specjalnego rodzaju szkła kwarcowego. Główną jego częścią jest rdzeń, który okrywa płaszcz i warstwa ochronna. Czasami rdzeń składa się z wielu włókien.

Zasada działania światłowodu polega na użyciu dwóch materiałów przewodzących światło o różnych współczynnikach załamania. Współczynnik załamania w rdzeniu jest nieco wyższy niż w płaszczu. Promień świetlny przemieszcza się cały czas w rdzeniu, ponieważ następuje całkowite wewnętrzne odbicie promień odbija się od płaszczyzny przejścia rdzenia do płaszcza. Wokół płaszcza znajduje się izolacja ochronna.

Wytwarzanie:

metoda dwutyglowa (podwójnej dyszy) polegająca na jednoczesnym wyciąganiu niskotopliwej masy szklanej rdzenia i płaszcza z dwóch współosiowo umieszczonych tygli. Wymagane jest wcześniejsze oczyszczenie składników z jonów OH, homogenizacji masy szklanej i uformowania prętów szklanych (średnica 3 - 10 mm, długość 1 - 2 m) zasilających tygiel rdzeniowy i płaszczowy;

LUB

metoda pręt-rura polegająca na przygotowaniu kształtki szklanej w postaci pręta i współosiowo umieszczonej rurki, podgrzaniu kształtki do temperatury mięknienia szkła i wyciąganiu cienkich nici.

Ze względu na strukturę, charakterystyki modowe i stosowane materiały światłowody dzielimy ze względu na:

- strukturę: włókniste i planarne;

- charakterystykę modową: jednomodowe i wielomodowe;

- rozkład współczynnika załamania w rdzeniu: skokowe i gradientowe;

- materiały: szklane (SiO₂, +domieszki; szafirowe; ZrBaLaAlNa), półprzewodnikowe (GaAs/AlGaAs; Ta₂O₅, ZnO, Si₃N₃/SiO₂) i plastikowe (PMMA - polimetakrylan metylu (plexi), PS);

- zastosowania: pasywne, aktywne, specjalne.

TOPIENIE STREFOWE – metoda otrzymywania czystych materiałów ze stopów.

Polega na przesuwaniu pierścienia grzewczego umieszczonego wokół zanieczyszczonego metalowego pręta. Pierścień podgrzewa pręt w strefie topienia, zanieczyszczenia usuwane są w formie ciekłej. Strefa za pierścieniem to strefa krzepnięcia, gdzie zastyga w postaci pręta oczyszczony metal. Stosuje się do otrzymywania materiałów półprzewodnikowych

WŁÓKNA

Włókno - podstawowa jednostka strukturalna wielu materiałów o znacznej długości i niewielkim przekroju (100x mniejszym od długości). Włókna stanowią w całości budulec lub są tylko elementem wzmacniającym. Dzielą się na naturalne i syntetyczne.

Włókna naturalne:

- pochodzenia roślinnego (celulozowe) len, bawełna, konopie, ramia, juta, sizal, abaka, pokrzywa, drewno itd.

- pochodzenia zwierzęcego (białkowe) jedwab, wełna, sierść, włosy

- mineralne (w minerałach) azbest, włókno bazaltowe, włókna metalowe

Włókna syntetyczne:

- oparte na celulozie (np. octan celulozy)

- oparte na syntetycznych polimerach: nylon, aramidy, włókna poliakrylonitrylowe (tzw. sztuczna wełna: anilana), włókna poliestrowe (elana), włókna poliuretanowe (lycra)

- włókna szklane.

ZASADA DZIAŁANIA BATERII SŁONECZNYCH

Fotoogniwo jest zbudowane z półprzewodników tworzących złącze typu p-n, na które pada światło. Padające na złącze fotony o energii większej od szerokości przerwy energetycznej półprzewodnika powodują powstanie par elektron-dziura. Pole elektryczne wewnątrz półprzewodnika, związane z obecnością złącza p-n, przesuwa odpowiednie nośniki w przeciwne strony. Elektrony trafiają do obszaru 'n' złącza, dziury do obszaru 'p'. Rozdzielenie nośników ładunku w złączu powoduje powstanie na nim różnicy potencjału. Obszar typu p ma niższy potencjał elektryczny od obszaru typu n.. Powstała różnica potencjału nosi nazwę bariery potencjału, gdyż zapobiega dalszemu przechodzeniu elektronów. Ponieważ rozdzielone nośniki są nośnikami nadmiarowymi, a napięcie na złączu typu p-n jest stałe, oświetlone złącze działa jako ogniwo elektryczne.

EFEKT FOTOWOLTAICZNY

Jest to efekt fotoelektryczny wewnętrzny, ponieważ kwanty światła pochłaniane są przez materiał bez emisji elektronów na zewnątrz materiału. Polega na uwalnianiu elektronów walencyjnych z wiązań atomowych w kryształach półprzewodnikowych. Oswobodzone elektrony pozostają wewnątrz kryształu i mogą poruszać się w nim swobodnie. Miejsce po uwolnionym elektronie może zająć elektron z wiązania sąsiedniego. Wtedy dziura przenosi się do wiązania sąsiedniego. Zatem zarówno elektrony jak i dziury mogą przemieszczać się w krysztale, a tym samym przewodzić prąd. Efektem wewnętrznego zjawiska fotoelektrycznego jest więc zwiększone przewodnictwo elektryczne kryształu. Jeżeli światło posiada odpowiednią, większą niż przerwa energetyczna pomiędzy pasmami, energię, wtedy następuje ruch elektronów do pasma przewodnictwa