Tematyka badawcza w zakresie inżynierii materiałowej Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie jest realizowana na kilku Wydziałach w następujących Katedrach:
W Katedrze Fizykochemii Nanomateriałów (Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej) realizowane są prace badawcze związane z opracowaniem technologii otrzymywania różnego rodzaju nanomateriałów do wielu zastosowań. Otrzymywane i charakteryzowane są materiały takie jak np. nanorurki węglowe, grafen, grafitowy azotek węgla, heksagonalny azotek boru, nanocząstki metali i tlenków. Do grupy materiałów, skupiających od wielu lat zainteresowanie pracowników Katedry, należą nanometryczne materiały węglowe (nanorurki, nanosfery, grafen) oraz ich sfunkcjonalizowane formy o wielu możliwościach zastosowania, między innymi w magazynowaniu energii (materiał elektrodowy do baterii litowo-jonowych, superkondensatorów oraz jako adsorbenty wodoru), jako materiałów przewodzących do budowy bio-sensorów, adsorbentów zanieczyszczeń (np. toksycznych związków organicznych, barwników oraz leków) oraz jako nośników katalizatorów do rozkładu zanieczyszczeń (związków organicznych i barwników) oraz produkcji wodoru. Wśród tych materiałów szczególnie interesujący jest grafen, należący do grupy nanomateriałów dwuwymiarowych (2D). Unikatowe właściwości grafenu skierowały zainteresowanie pracowników Katedry na inne nanomateriały 2D, które posiadają podobną budowę warstwową. Należą do nich między innymi disiarczek molibdenu (MoS2) i grafitowy azotek węgla (g-C3N4). Ze względu na swoje unikalne cechy strukturalne i wyjątkowe właściwości, materiały te stały się kluczowymi nanomateriałami w inżynierii materiałowej i inżynierii chemicznej. Ponadto prowadzone są również badania nad opracowaniem technologii produkcji tanich nanomateriałów do zmiany właściwości zapraw cementowych w kierunku polepszenia ich wytrzymałości. Badania nad otrzymywaniem i charakteryzowaniem powyżej opisanych nanomateriałów realizowane są z wykorzystaniem najnowszych stosowanych w świecie metod instrumentalnych takich jak: transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM) z analizatorem pierwiastkowym EDX; skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM); spektroskopie: Ramana, w podczerwieni, w świetle widzialnym i w nadfiolecie; absorpcja atomowa, czy też techniki badania zmian masy w funkcji zmian temperatury i atmosfery.
W Katedrze Inżynierii Materiałów Katalitycznych i Sorpcyjnych (Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej) realizowane są prace badawcze dotyczące syntezy i charakterystyki nanomateriałów, nanoporowatych węgli aktywnych do adsorpcji gazów, katalizatorów na bazie nanoporowatych materiałów węglowych domieszkowanych nanoczątkami metali i nanosfer węglowych. Prowadzone sa również badania dotyczące syntezy katalizatorów tytanowo-silikatowych w wyniku modyfikacji minerałów pochodzenia naturalnego oraz syntezy i modyfikacja fotokatalizatorów opartych na ditlenku tytanu. Ważnym obszarem badawczym są również sorbenty na bazie węgla aktywnego i inne materiały do oczyszczania gazów.
W Katedrze Inżynierii Polimerów i Biomateriałów (Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej) realizowane są prace badawcze obejmujące szeroki zakres tematyki związanej z syntezą, charakterystyką oraz praktycznym wykorzystaniem polimerów syntetycznych i naturalnych. Jednym z głównych obszarów badawczych jest opracowywanie nowych polimerów biodegradowalnych z biosurowców jako monomerów dla reakcji polikondensacji i poliaddycji w syntezie poliestrów, dodatkowo modyfikowanych kwasami tłuszczowymi a także zawierających naturalne metabolity. Prowadzone są również badania nad syntezą polibezwodników lub poliuretanów o potencjalnym wykorzystaniu w formulacji mikro/nanokapsułek jako systemów kontrolowanego uwalniania leków lub nawozów, mikro/niewłóknistych rusztowań dla inżynierii tkankowej lub jednorazowych, biodegradowalnych opakowań wyrobów medycznych. Kolejny obszar zainteresowań pracowników Katedry stanowią badania dotyczące modyfikacji chitozanu w kierunku nowych pochodnych o właściwościach antybakteryjnych lub mukoadhezyjnych o potencjalnym wykorzystaniu ich w leczeniu chorób przewlekłych lub nowotworowych. We współpracy z Katedrą Mikrobiologii i Biotechnologii, prowadzone są również prace badawcze nad bakteryjną celulozą o doskonałych właściwościach antybakteryjnych i przeciwwirusowych. Fotosieciowalne i hybrydowe elastomery polimerowe sieciujące pod wpływem promieniowania UV, podatne na degradację i wykazujące adhezję do mokrych powierzchni są badane pod kątem wykorzystania ich w technikach małoinwazyjnych, w tym w inżynierii tkanki mięśnia sercowego, rekonstrukcji przepuklin lub rozstępów. Innym obszarem badawczym są materiały inżynierskie – wytrzymałe i sztywne materiały (nano)kompozytowe na podstawie polimerów termoplastycznych lub mieszanin (blend) polimerowych z różnymi fazami wzmacniającymi (włóknami, płytkami lub sferami) wykazujące złożone struktury morfologiczne, w których powierzchnie i interfazy mają silny wpływ na właściwości fizyczne, elektryczne i mechaniczne tych materiałów. Prowadzone są również badania nad wykorzystaniem nowoczesnych technik wytwarzania, takich jak druk 3D, elektroprzędzenie lub elektrorozpylanie w celu konstruowania zaawansowanych struktur naśladujących wysoce złożone i funkcjonalne obiekty, jakie można znaleźć w naturze. Realizacja obszernej tematyki badawczej jest możliwa dzięki nowoczesnej aparaturze do syntezy i modyfikacji polimerów oraz badania ich budowy chemicznej (IR, UV-VIS, HPLC), właściwości termicznych (DSC, DMTA), mechanicznych i reologicznych. Istotnym narzędziem badawczym jest mikroskopia fluorescencyjna wykorzystywana do wizualizacji obiektów biologicznych i obserwacji zjawisk na granicy faz różnych materiałów.
W Katedrze Mikrobiologii i Biotechnologii (Wydział Biotechnologii i Hodowli Zwierząt) prowadzone są badania z zakresu biosyntezy, modyfikacji, analizy właściwości i poszukiwania nowych zastosowań dla bionanocelulozy - celulozy wytwarzanej przez bakterie. W szczególności opracowywane są nowe metody wytwarzania oraz modyfikacji materiałów na bazie bionanocelulozy, prowadzona jest analiza możliwości zastosowania bionanocelulozy jako nośnika do immobilizacji substancji bioaktywnych oraz mikroorganizmów o potencjale biotechnologicznym. Prowadzone są badania nad metodami modyfikacji materiałów opatrunkowych na bazie bionanocelulozy w kierunku zapobiegania ich kolonizacji przez drobnoustroje patogenne, a także ułatwiających eradykację biofilmów bakteryjnych. Realizowane są również prace związane z analizą możliwości zastosowania materiałów bionanocelulozowych do wytwarzania biodegradowalnych, przeciwbakteryjnych i przeciwwirusowych filtrów do zastosowania w maskach ochronnych oraz systemach oczyszczania powietrza. Opracowywane są nośniki o właściwościach magnetycznych na bazie bionanocelulozy do immobilizacji enzymów o znaczeniu przemysłowym.
W Katedrze Technologii Chemicznej Organicznej i Materiałów Polimerowych (Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej) prowadzone są badania dotyczące modyfikacji biopolimerów i ich technicznych zastosowań, fizycznej modyfikacji polisacharydów za pomocą plastyfikatorów biodegradowalnych, w tym dotyczące opracowania nowych technicznych zastosowań materiałów na bazie polisacharydów (w klejach, powłokach itp.). Realizowane są również prace nad mikro- i nanokompozytami na bazie polisacharydów, polimerów z termo- i duroplastów, zawierające nanonapełniacze 2D mineralne i pochodzenia naturalnego (montmorylonit, haloizyt). Prowadzone są również badania nad materiałami otoczkującymi nawozy sztuczne oraz prace nad wytwarzaniem i charakterystyką lakierów, farb i powłok elektroprzewodzących, antykorozyjnych, ogniochronnych/pęczniejących. Prowadzona jest również modyfikacja biopolimerów, w tym kopolimerów skrobi i nanokompozytów skrobi do zastosowań sorpcyjnych w kierunku superabsorbentów (sorpcja wody, roztworów wodnych i jonów), flokulantów do oczyszczania wody i ścieków. Prowadzone są również badania nad syntezą i właściwościami polimerów kondensacyjnych, w szczególności wielofazowych układów blokowych na bazie poliestrów i poliamidów, analizą składu fazowego kopolimerów w oparciu o metodę Hansena oraz Hoftijzera i van Krevelena – symulowanie trójwymiarowych obszarów wzajemnej mieszalności bloków, wyznaczanie parametrów rozpuszczalności złożonych układów polimerowych.
W Katedrze Technologii Materiałowych (Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki) realizowane są prace z zakresu nowoczesnych technologii inżynierii powierzchni do zastosowań specjalnych. Celem tych prac jest rozwój technologii inżynierii powierzchni podnoszących trwałość części maszyn i urządzeń technicznych oraz nadanie im nowych właściwości funkcjonalnych. Prowadzone są prace z obszaru: a) obróbki dyfuzyjnej stali poprawiającej jej właściwości mechaniczne. Prace dotyczą azotowania i węgloazotowania stali w tym odpornej na korozję. Obróbka ma na celu podniesienie odporności tribologicznej i twardości przy zachowaniu wysokiej odporności korozyjnej; prowadzone są badania nad tzw. niskotemperaturową obróbką. Szczególnym aspektem prowadzonych prac badawczych jest aktywacja powierzchni przez obróbką dyfuzyjną; b) osadzania metodą rozpylania magnetronowego powłok podnoszących odporność na zużycie tribologiczne i zarysowania powierzchni stali austenitycznej przy jednoczesnym nadaniu jej odporności antybakteryjnej; Prace koncentrują się na powłokach na bazie tzw. fazy S, o wysokiej twardości i odporności korozyjnej; c) wytwarzania warstw dyfuzyjnych na bazie krzemków i aluminidków metodą zawiesinową, celem podwyższenia odporności na utlenianie wysokotemperaturowe takich materiałów jak stale stopowe, stopy tytanu, stopy molibdenu czy stopy niklu; d) wytwarzania cienkich powłok funkcjonalnych metodami ablacji pulsacyjną wiązką laserową i elektronową. Wytwarzane są powłoki kompozytowe z osnową polimerową i węglową na podłożach stalowych i polimerowych. Prace mają na celu z jednej strony zbadanie mechanizmów transportu masy, zjawisk fizyko-chemicznych i formowania powłoki zwłaszcza kompozytowej w warunkach ablacji wiązką wysokoenergetyczną jak i zjawisk towarzyszących oddziaływaniu powłoki z podłożem zwłaszcza polimerowym. W obszarze inżynierii powierzchni realizowana jest współpraca m.in. z takim ośrodkami krajowymi jak Politechnika Koszalińska, Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN w Krakowie i Politechnika Łódzka, oraz zagranicznymi National Institute for Research and Development for Laser, Plasma and Radiation Physics z Rumuni, Advanced Research Center for Nanolithography z Holandii i University of Sheffield z Wielkiej Brytanii. Głównym partnerem przemysłowym jest firma SECO/WARWICK ze Świebodzina. Innym obszarem działalności badawczej Katedry jest projektowanie i wytwarzanie nanostrukturalnych kompozytów ceramicznych, w tym mechanizmy syntezy nanostrukturalnych materiałów w formie proszków oraz powłok ceramicznych z układu B-Mo-Si-Ti-C-N. Synteza tych materiałów oparta jest na oryginalnej niehydrolitycznej metodzie zol-żel. Prowadzone są również badania procesów wytwarzania kompozytów metalicznych umocnionych nanokrystalicznymi proszkami typu TiC/C, TiC, TiC-SiC-Si3N4, TiC-TiB2-B4C, TixMo1-xC. Aktualnie realizowane badania koncentrują się na konsolidacji proszków tytanu z nc-TiC, nc-MoC oraz nc-TixMo1-xC metodą selective laser metling (SLM) oraz spark plasma sintering (SPS). Badania te obejmują wpływ udziału molibdenu, węgla elementarnego, parametrów procesu spiekania oraz porowatości na mikrostrukturę, morfologię, właściwości mechaniczne i tribokorozyjne kompozytów i ich warstw wierzchnich. Realizowane są badania wytrzymałości, podatności na kruche pękanie, zużycie abrazyjne, moduł Younga oraz korozję w agresywnych środowiskach. Badania te realizowane są we współpracy z Instytutem Obróbki Plastycznej - Sieci Badawczej Łukasiewicz, Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Świerku, Katedrą Chemii Krzemianów i Związków Wielkocząsteczkowych Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie, Politechniką Koszalińską, Firmą GeniCore oraz Department of Metallurgy and Materials Technology, Brandenburg University of Technology Cottbus – Senftenberg, Cottbus, Germany, Department of Physics, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway. Kolejnym obszarem działalności Katedry są wielofazowe układy polimerowe, w tym otrzymywanie nowych wielofazowych układów polimerowych z udziałem monomerów pochodzenia roślinnego (np. kwasów 2,5-furanodikarboksylowego (FDCA) i 2,5-tiofenodikarboksylowego (TDCA), wykazujących właściwości użytkowe zbliżone do ich „klasycznych” odpowiedników. Szczególna uwaga skierowana jest na otrzymywanie kopolimerów estrowych o cechach elastomerów termoplastycznych. Prace obejmują również zbadanie zależności między budową chemiczną, strukturą nadcząsteczkową, a właściwościami fizycznymi i funkcjonalnymi nowych materiałów. Członkowie zespołu prowadzą również wspólne projekty badawcze z jednostkami przemysłowymi w kraju. Prace prowadzone w tym zakresie mają charakter nowatorski i wiążą się z opracowywaniem materiałów konstrukcyjnych o nowych cechach funkcjonalnych. Duża część z tych prac ma również charakter aplikacyjny i jest przedmiotem zainteresowania takich jednostek gospodarki, jak np. TELEFONIKA-KABLE S.A., BORYSZEW-ELANA S.A., MABO Sp. z o.o., Nicrometal S.A., ELPAR ). Zespół ma także znaczące osiągnięcia w opracowaniu warunków otrzymywania nowych materiałów polimerowych oraz technologii zagospodarowania odpadów z tworzyw polimerowych i projektowaniu form wtryskowych.