K.J.KURZYD Ł OWSKI kjk@inmat.pw.pl Politechnika Warszawska ,

1. NANOMATERIAŁY • MATERIAŁY DO ZASTOSOWAŃ W MEDYCYNIE • DEGRADACJA MATERIAŁÓW K.J.KURZYDŁOWSKI kjk@inmat.pw.edu.pl Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej

2. Sieć „NOWE MATERIAŁY” Sieć naukowa „NOWE MATERIAŁY – NANOMATERIAŁY DO ZASTOSOWAŃ W TECHNICE I MEDYCYNIE” ściśle odpowiadapriorytetom 6 Programu Ramowego Unii Europejskiej, w szczególności jest ona związana z 3 priorytetowym obszarem tematycznym (1.1.3) - Nanotechnologie i nanonauka, wielofunkcyjne materiały oraz nowe procesy i urządzenia produkcyjne. Sieć powstała we współpracy naukowców z obszaru ogólnie rozumianej inżynierii materiałowej oraz medycyny. Zasadniczym jej zadaniem jest stworzenie mechanizmów współpracy między zespołami z zakresu inżynierii materiałowej, biomechaniki, nauk biologicznych oraz medycznych.

3. Sieć „NOWE MATERIAŁY” Cele: • Stworzenie możliwości szerszego udziału zespołów polskich w 6 Programie Ramowym UE (Projekty Zintegrowane, IP oraz Sieci Doskonałości, NoE), poprzez: • integrację krajowych i zagranicznych zespołów badawczych • nawiązanie nowych kontaktów Sieci oraz wymiana w ujęciu europejskim doświadczeń, poprzez wykorzystanie dotychczasowych powiązań uczestników Sieci z ośrodkami Europejskich Centrów Doskonałości • Zbudowanie na bazie sieci krajowej sieci ogólnoeuropejskiej, działającej w ramach Europejskiej Przestrzeni Badawczej (ERA)

4. Sieć „NOWE MATERIAŁY” Cele: • Wspomaganie rozwoju potencjału intelektualnego oraz materialnego polskich zespołów badawczych • Uzyskanie tzw. masy krytycznej grup badawczych, poprzez przyłączenie wiodących zespołów naukowych zajmujących się nowoczesnymi materiałami w sposobie ich projektowania, wytwarzania oraz charakteryzowania • Wkład w budowanie gospodarki opartej na wiedzy w Polsce • Działania na rzecz gospodarki, poprzez udział innowacyjnych firm sektora Małych i Średnich Przedsiębiorstw (MŚP)

5. List of research groups participating in the Network Universities • Chemical Sensors Research Group – CSRG Department of Analytical Chemistry Warsaw University of Technology Prof. Zbigniew Brzózka • Department of Biophysics Medical University of Warsaw Prof. Małgorzata Lewandowska-Szumieł • Department of Materials Science Faculty of Materials Engineering and Metallurgy Silesian University of Technology Prof. Jan Cwajna • Division of Precision and Electronic Product Technology Institute of Precision and Biomedical Engineering Warsaw University of Technology Prof. Zbigniew Drozd Dr inż. Dionizy Biało Mgr inż. Tadeusz Kulesza • Faculty of Chemistry Rzeszow University of Technology CoE - COMODEC Prof. Henryk Galina Prof. Barbara Dębska • Faculty of Materials Science and Ceramic Krakow University of Mining and Metallurgy Prof. Jerzy Lis Prof. Chłopek Prof. Rafał Pampuch Rafał Filipek Marek Danielewski • Faculty of Materials Science and Engineering Warsaw University of Technology NanoCentre Prof. Tadeusz Kulik Prof. Tadeusz Wierzchoń • Faculty of Metallurgy and Materials Science University of Mining and Metallurgy (AGH) Prof. A. Czyrska-Filemonowicz Dr Tomasz Moskalewicz

6. List of research groups participating in the Network Universities • Institute of Applied Radiation Chemistry Division of Applied Radiation Chemistry Technical University of Łódź CoE Prof. Janusz M. Rosiak • Institute of Physics and Chemistry of Metals University of Silesia Prof. Henryk Morawiec • Institute of Materials Engineering Technical University of Szczecin Prof. Zbigniew Rosłaniec Dr inż. Jolanta Baranowska Walenty Jasiński • Institute of Materials Science and Applied Mechanics Materials Recycling Centre of Excellence – MAREC Polymer Engineering and Recycling Laboratory – PERLA Wroclaw University of Technology Dr Marek Kozłowski • Institute of Materials Science and Applied Mechanics Technological University of Wroclaw CoE – SGM&N Prof. Krzysztof Maruszewski • Institute of Metal Cutting University of Bielsko-Biala CoE - CUPPT Prof. Ewa Benko • Kielce University of Technology Dr inż. Tadeusz Orzechowski • Marian Smoluchowski Institute of Physics Jagiellonian University Centre NANOSAM Prof. Marek Szymoński • Institute of Metrology and Rodman Systems Warsaw University of Technology Adam Bieńkowski • University of Mining and Metallurgy, Krakow Prof. Maria Richert

7. List of research groups participating in the Network Polish Academy of Sciences • High Pressure Research Center, PAS CoE Prof. Witold Łojkowski Prof. Bogdan Pałosz • Institute of Metallurgy and Materials Science PAS (IMIM – PAS) CoE - NAMAM Dr Elżbieta Bielańska Dr Jerzy Jura • Institute of Physical Chemistry, PAS Centre for Photoreactive Materials - CPM Prof. Jacek Waluk • Institute of Low Temperature and Structure Research, PAS Centre CELTAM Dr Dariusz Kaczorowski Piotr Wiśniewski

8. List of research groups participating in the Network R+D Units • Institute of Precision Engineering Integrated Technical and Quality Systems for Corrosion Protection – CORPROT Lech Kwiatkowski • Institute of Welding, Gliwice Centre of Excellence - Polish Welding Mgr Wanda Zeman Dr Bogusław Czwórnóg Mgr Marian Szubryt • Tele & Radio Research Institute (ITR) CENELIN Dr Krystyna Bukat Dr Grażyna Kozioł Dr Barbara Ślusarek • Rubber Research Institute „Stomil” Centre of Competence for Rubber Industry Dr Cezary Dębek Marcin Sobczak Leszek Pyskło Wanda Parasiewicz • Ship Design and Research Centre Dr Genowefa Szydłowska-Herbut Mgr Jacek Chrzanowski • Industrial Chemistry Research Institute CoC – POLMATIN Dr inż. Maria Zielecka Dr inż. Krzysztof Bajdor • Institute of Applied Optics CoE – COTMAST Dr inż. Dariusz Litwin Dr inż. Magdalena Szutkowska Andrzej Włochowicz • Institute of Optoelectronics (IOE) CoE - PHOTEC Ewa Burdziakowska Wojciech Skrzeczanowski Dr Waldemar Mróz • Institute of Physical Chemistry CoE – SURPHARE Prof. Aleksander Jabłoński Prof. Janusz Flis Dr Iwona Flis-Kabulska 

9. List of research groups participating in the Network R+D Units • Institute of Nuclear Chemistry and Technology Dr Andrzej Deptuła • Institute for Ferrous Metallurgy Roman Kuziak   • Institute for Ferrous Metallurgy Roman Kuziak   • Institute of Natural Fibres Prof. dr Ryszard Kozłowski Prof. Przemysław Baraniecki Dr Majka Władyka-Przybylak • Institute of Nuclear Chemistry and Technology Dr Andrzej Deptuła • Institute of Catalysis and Surface Chemistry Ewa Serwicka • Institute of Environmental Mechanics and Applied Computer Science Bydgoszcz University Prof. Józef Kubik Dr hab. M. Kaczmarek • CentrAl Tomasz Stuczyński • Central Institute for Labour Protection (CIOP) Prof. Danuta Koradecka Małgorzata Gieraltowska Dr inż. Grzegorz Owczarek Dr Krzysztof Benczek • CMG KOMAG Gliwice CoE - MECHSYS Ilona Jerzok • Department of Material Modification Andrzej Sołtan Institute for Nuclear Studies Zbigniew Werner • Department of Radiation Chemistry and Technology(INCT) Institute of Nuclear Chemistry and Technology Izabella Legocka Jacek Michalik Dr Zbigniew Zimek • Institute of Natural Fibres Prof. dr Ryszard Kozłowski Prof. Przemysław Baraniecki Dr Majka Władyka-Przybylak

10. Sieć „NOWE MATERIAŁY” Koordynator Sieci Sieć NMN powołana została z inicjatywy Centrów Doskonałości Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej. Koordynatorem Sieci jest prof. zw. dr hab. Krzysztof Jan Kurzydłowski. Podział Sieci na grupy tematyczne *- wraz z modelowaniem

11. Plan działania sieci naukowej „NOWE MATERIAŁY – NANOMATERIAŁY DO ZASTOSOWAŃ W TECHNICE I MEDYCYNIE” w okresie najbliższych 3 lat Rok 2003 Termin wykonania Zadanie 2003Realizacja zadań statutowych sieci 2003Organizacja seminariów, warsztatów i spotkań grup tematycznych sieci 02. 2003Aktualizacja strony internetowej sieci 06. 2003Aktualizacja bazy danych uczestników sieci 12. 2003Organizacja rocznego zjazdu uczestników

12. Plan działania sieci naukowej „NOWE MATERIAŁY – NANOMATERIAŁY DO ZASTOSOWAŃ W TECHNICE I MEDYCYNIE” w okresie najbliższych 2 lat Rok 2004 Termin wykonania Zadanie 2004Realizacja zadań statutowych sieci 2004Organizacja seminariów, warsztatów i spotkań grup tematycznych sieci 02. 2004Aktualizacja strony internetowej sieci 06. 2004Aktualizacja bazy danych uczestników sieci 12. 2004Organizacja rocznego zjazdu uczestników

13. Proposition for Nanomaterials (KJK) • Size and shape of grains The properties of nano-material for the same reasons strongly depend on the size of constituting particles and grains. Quantitative description of this size effect on the properties can be used as a basis for designing new nano-materials for specific applications. It is also important to understanding of the complex behaviors of such materials which are also influenced by the chemistry, shape and spatial arrangement of the nano-structural features. • Physical properties of the grain boundaries Grain boundaries in polycrystals form populations characterized by diversity of the microstructures and properties. The distribution functions of grain boundary character can be measured experimentally, for example from the experiments with the grain boundary diffusion. It can be also estimated from the studies of the grain boundary dis-orientation and modeled by computer simulations.

14. Free surface effect Another size effect that is relevant to the subject discussed is related to the dimensions of artifacts made of nano-materials. Nano-materials are frequently used/processed to produce small size elements which are characterized by a high value of the ratio of free-surface to volume. As a result properties of nano-artifacts are influenced by the free surface characteristics, such as its roughness, chemical composition, which in turn is affected by the processing and/or exposure to the environment (either in laboratory or in service conditions) and microstructure. • Microstructural techniques Structure of nano-materials can visualized only with the use of special microscopic techniques. High Resolution TEM in particular is needed for imaging size and shape of nano-grains and particles. At the same time measurements of chemical composition on nano-scale might be needed. On the other hand, currently available processing techniques may result in non-homogeneity of the nano-structured artifacts, which can only be evaluated via SEM. X-ray investigations useful in quantifying residual stresses, texture and size of crystallographic domains. Other techniques allow for mapping orientation of individual nano-grains and desorientation of the grain boundaries.

15. Relevant processes • changes in the chemistry during processing • local changes in the chemistry due to the exposure to the environment (laboratory or industrial) • redistribution of the chemical elements between the free-surface, grain boundaries and grain interiors • development of the residual stresses • response to the applied load (understood in general terms which cover mechanical, electrical and thermal fields) of structures non-homogeneous on nano-scale • thermal and mechanical stability of nano-structures • Modeling Phenomena taking place in nano-materials differ from that in standard, micro-sized substances due to the high surface area of the grain and phase boundaries. This situation calls for more systematic approach to modeling atomic structure, properties of such boundaries and their effect on response of the nano-elements to the applied load. This modeling should be carried out at various scales. Ab initio computations should be combined with the Finite Element Method.

16. In-situ straining Dynamic, in-situ studies of the processes taking place in nano-materials under the applied load are needed for better understanding of their properties. On a macroscopic scale such tests are carried out using testing machines equipped with light microscopes. Mezo-scale data can be obtained if the specimens are tested by in-situ straining in an electron scanning microscope. Transmission electron microscopy provides in-sight into process taking in fully micro- and partly nano-scale. • The effect of test temperature and environment Properties of nano-materials might strongly dependent on the test temperature. This due to the fact of higher accumulated energy which can be release at a lower thermal activation. As a result phase thermally activated processes, including that contributing to plastic deformation, take place at lower temperatures in nano-materials than in their conventional state. Nano-materials can also be more sensitive to the test environment. In this case large surface area of the grain boundaries result in higher capacity and faster transport of the atoms present in test environment. Among them oxygen and hydrogen might be of special importance.

17. The objective The project outlined in the present proposal aims at deriving quantitative relationships between the properties, microstructure and processing route of nano-materials with special emphasis on nano-metals. The relative importance of various phenomena taking place in nano-materials will be described as well as stability of the nano-structures. Efficient processing routes for pre-defined applications shall be determined.

18. Sieć „NOWE MATERIAŁY” • Czy, dana jednostka naszej sieci, uczestnicząc w konkretnym IP lub NoE, może formalnie reprezentować całą Sieć? • Czy Network of Excellence może mieć charakter rozgałęziony?