Description
The project proposal aims to develop electroactive nanocomposite filament of biodegradable polymers with graphene for 4D-printing (4DP) with “thermo-stimulated shape memory” (t-ShM) activated by Joule heating (resistive heating by the flowing current). The new 4DP technology is the next generation of additive manufacturing, which adds unique features to 3D printed architectures under the influence of external stimuli. The 4DP concept requires a ShM (shape memory) material with specific properties; sensitivity to external stimuli; and structural design that are necessary to unlock the potential of functionality. Due to this complexity, no commercial product for 4DP has been realized to date and not many scientific publications. In the project proposal, we will build on our previous research with TRL4 level to develop a multi-component polymer-polymer nanocomposite with graphene, with high elasticity, electroactivity and thermal properties. An innovative t-ShM filament and 4D-printing technology will be developed, with a representative model for testing in a simulated Joule heating environment. We will optimize the temperature transitions for t-ShM depending on the electroactivity and the nanocomposite properties. The expected outcome of the project is: Biodegradable, multifunctional t-ShM filament for 4D-printing (FDM), demonstrated with a Basic Prototype that, at successive transition temperatures activated with Joule heating, unlocks reversible thermo-stimulated effects such as self-heating, self-actuation and self-healing from defects. The technological readiness level will reach TRL7. The innovative t-ShM filament has great potential for printing objects with complex shapes and reversible thermo-stimulated effects, and is suitable for many revolutionary applications. This material is biodegradable, recyclable and will reduce the carbon footprint of the rapidly developing additive technology. A patent application after the completion of the project is planned
| Activity | Contracted Amount | Reported Amount |
|---|---|---|
| Извършване на изследвания, изпитвания, измервания, включително и при използване на достъп до научноизследователски инфраструктури. : Цел на дейността: Разработване на технология за многокомпонентен нанокомпозитен t-ShM филамент. Получаване на полимер-полимер нанокомпозити с графен и изработване на филамент. Харатеризиране на микроструктурата, термпературните преходи, механичните свойства, електропроводимост и топлопроводност. Валидиране на технология за получаване на нанокомпозитен филамент за 4DP в релевантна среда, сходна с индустриалните условия на преработка (TRL5). | 22 800.00 | 0.00 |
| Закупуване на оборудване (ДМА): В наличната инфраструктура в ИМех, в Лаборатория ОЛЕМ, разполагаме с апарат за термични изследвания DSC Q20 (TA Instrumеnts), който е стар модел, с температурен обхват над стайна температура (20 - 700 оС) и няма модулация. С този апарат не може да бъде измерена температурата на встъкляване на модифициращите полимери, която е в диапазона на минусови температури. Освен това, апаратът не позволява контролирано охлаждане на пробата. Липсата на модулация и на контролирано охлаждане, както и невъзможността за тест при отрицателни температури с наличният апарат DSC Q20, създава проблеми за пълния цикъл на термичен анализ на разработвания многокомпонентен нанокомпозитен материал , а това е важно изследване в работната програма на проектното предложение. Поради това, планираме да модернизираме инфраструктирата за термични изследвания, с нов Mодулиран Диференциално сканиращ калориметър (MDSC), който позволява контролирано нагряване от -180оС до 700оС с контролирано охлаждане до -180оС. Този MDSC апарат ще позволи точни измервания на температурните преходи, както и измерване на температурите на встъкляване на модифициращите полимери в РП1. Основни технически характеристики, които ще се изискват за DSC апарата: Mодулиран диференциално сканиращ калориметър (MDSC) с висока производителност при плоскост на основната линия, висока чувствителност, разделителна способност, възпроизводимост и надеждност, По предварителна оферта от фирмата, представител на TA Instrumеnts за България, цената на оборудване с такива параметри (модел Discovery DSC 25) , е 120000 лв. с ДДС. Офертата е представена в Приложение 3 на Описанието на проектното предложение. Това оборудване е съвместимо с наличеното в Лаборатория ОЛЕМ охлаждащо устройство Discovery Refrigerated Cooling System - RCS 90, с което се поддържат отрицателни температури и контролирано охлаждане при DSC теста. | 126 000.00 | 0.00 |
| Създаване и тестване на базови прототипи в лабораторна и/или симулирана среда и операционна среда.:: 3.1. Технология за 4D-печат с Представителен модел за тестване в среда на Джаул нагряване: Цел: Оптимизиране на условията за 4D-печат на нанокомпозитния филамент от РП1 и отпечатване на представителен модел от избрани нанокомпозитни състави. Тестване на представителния модел в симулирана среда на Джаул нагряване за оптимизиране на процеса. Разработване на технология за 4D-печат с термостимулирана памет на формата (t-ShM), чрез Джаул нагряване, с ниво на технологична готовност (TRL6). 3.2. 4D-принтиран Базов прототип, с демонстрация на t-ShM ефекти: Цел: Разработване на Базов прототип чрез структурен дизайн и 4D-печат. Демонстриране на Базовия прототип в операционна среда на комбинирани t-ShM ефекти. Анализ и специфициране на потенциалните t-ShM приложения на базовия прототип. Разработване на Техническа спецификация на крайния продукт 4DР-филамент (TRL7) | 287 145.47 | 0.00 |
| Дейности, свързани с широко разпространение на резултатите от научните изследвания, при неизключителни и недискриминационни условия. Дейности по трансфер на знания.: 4.1. Дейности по управление на изследователските данни и резултати от РП1, РП2 и РП3: Управлението на изследователските данни и резултати, получени по работните пакети РП1, РП2 и РП3 включва прилагане на практики, които да направят данните FAIR (откриваеми, достъпни, оперативно съвместими и многократно използвани), а именно: - Съхранение на данни (запис, архивиране и защита), за да се избегне внезапна загуба или повреда; - Набор от метаданни, добре описани, които да влязат в База данни и в Техническата спецификация, разработвани по проекта; - Споделяне на данни: ще селектираме научни данни с фундаментална насоченост, които да бъдат предоставени като „отворени“ за публикуване и достъп. Данни, които подлежат на патентоване ще бъдат „ограничени“ за достъп, за срока до получаване на патент. 4.2. Дейности по управление на интелектуалната собственост /трансфер на знания /: Предвиждаме изготвяне на експертна оценка за икономическия/пазарния потенциал на разработвания по проекта 4DP-филамент, което ще възложим на външни специалисти от системата на БАН, чрез услуга. Изготвяне на постери, листовка и/или бюлетин с "отворена" и привлекателна научно-техническа информация за проекта. Участие в бизнес форум за представяне на иновативната разработка по проекта пред предприятия от региона и страната, за търсене на партньорства на национално ниво. Представяне на проекта в голямо изложение на иновации към международната конференция Nanotexnology, Greece, 2025 г., или друг подходящ форум, за търсене на международни партньорства. 4.3. Комуникация и разпространение. Планът за разпространение на резултатите от проекта включва: - Публикации в реферирани научни списания с отворен достъп: Резултатите от предлагания проект ще бъдат представени в 3 броя научни публикации в реферирани издания, от които една публикация предвиждаме да бъде представена в списание с квартил Q1 - Q2 с отворен достъп и две публикации в списания с импакт фактор или SJR, с възможност за отворен достъп. - Участия в конференции и конгреси: Членовете на научния екипа ще представят своите резултати от проекта чрез участия в 2 бр. международни конференции у нас и в чужбина, като: 14-ти Международен конгрес по теоретична и приложна механика (14th ICTAM), който се организира от ИМех-БАН в София; и Реномираната ежегодната научна конференция Nanotexnology, Greece, в рамките на която се провежда симпозиум по материли за 3D amp;4D печат и се организира голямо изложение по нанотехнологии. - Представяния на резултати от проекта , свързани със „Зелени технологии и ресурсна ефективност“, ще бъдат представени пред широката общественост по време на дните на „Отворени врати“, организирани в БАН и в ИМех, или на ежегодния „Софийски фестивал на науката“, за да информираме за извършените изследвания и ползите от проекта за гражданите. - Информация за проекта ще бъде качена на WEB SITE на Института по механика-БАН (www.imbm.bas.bg). Планираме също да представим проекта във Facebook или LinkedIn платформите, които са подходящи за споделяне на новини и събития, организирани по проекта и могат да привлекат интереса на широката публика, на различни нива. - Включване на проекта в развити сътрудничества и научни мрежи: Научният екип на проекта ще търсят сътрудничества и ще участват в научни мрежи по програма COST. Планираме активно включване на екипа на проекта в WEB SITE на организирани по COST CA 22123 “ European Materials Acceleration Center for Energy (2023-2027)”, както и COST CA 19118 „High-performance Carbon-based composites with Smart properties for Advanced Sensing Applications (2020-2024)“, в които ръководителят на проектното предложение, проф. Р. Коцилкова, участва като представител на България е Управителния съвет. На базата на тези развити сътрудничества, след приключване на проекта предвиждаме да продължим работата по тази актуална тематика, чрез участие в програмата Хоризонт Европа и в национални проекти. | 26 856.36 | 0.00 |
Notes:
Elements in light blue allow detailed view when selected
All amounts are in Bulgarian lev (BGN) / 1 EUR = 1,95583 BGN
All amounts are in Bulgarian lev (BGN) / 1 EUR = 1,95583 BGN
