Methods to Increase the Protective Effectiveness of Add-on Armour made of Perforated Ultra-High-Strength Nanobainitic Steel Plates

The mechanical properties of industrially produced perforated steel plates are obtained by hardening and low-temperature tempering to produce a martensitic microstructure. Another morphological type of steel microstructure that allows for ultra-high strength and, at the same time, a level of ductility that qualifies it for use in armour is nanobainite. Research into nanobainitic steels has led to the development of plates manufacturing technology at a level that can be implemented in industrial production, and has confirmed the high potential of this material for use as additional armour in the form of perforated plates. This paper reports the results of research aimed at developing a technology for the production of perforated armour plates made of nanobainitic steel, with properties competitive with currently available perforated steel plates on the world market with the highest protective effectiveness under conditions of multi-hit firing tests with small and medium calibre ammunition. The tests were performed on 300 260 mm plates, with the nominal thicknesses of 8 mm, 6 mm and 4 mm, produced from industrially melted nanobainitic steel NANOS-BA. The protective effectiveness of nanobainitic perforated plates in a system with a solid armour steel backing plate of 500 HBW hardness was tested by multi-hit firing, according to the procedures set out in the STANAG 4569 and AEP-55 vol. 1 specifications (adapted to the format of tested plates), against selected projectile types assigned to protection levels 2 and 3. Based on the analysis of the results of the firing tests and the macroscopic and microscopic examinations of the perforated plates before and after firing, the optimum perforation method was selected and the most favourable geometrical and dimensional arrangements of the perforations were determined for different plate thicknesses

Innowacyjność, konkurencyjność, jakość, wiedza i uczenie się komponentami rozwoju organizacji w zmiennym otoczeniu

Z wprowadzenia: "Monografia składa się z trzech części. Pierwsza z nich łączy problematykę innowacyjności i konkurencyjności z rozwojem organizacji. Literatura z zakresu zarządzania odnosi się tu do kwestii rozwoju organizacji oraz wariantów tego rozwoju, mając na uwadze, w perspektywie strategicznej, uzyskanie przez organizację określonej pozycji, a także przewagi konkurencyjnej. Rozpatrywane są różne czynniki zewnętrzne i wewnętrzne tego rozwoju – jednym z istotniejszych jest innowacyjność. Jest ona postrzegana zarówno w perspektywie zewnętrznej, jak i wewnętrznej. Z perspektywy zewnętrznej analizowany jest wpływ innowacji (w szczególności o charakterze przełomowym) na szanse rozwojowe firm. Często dotyczą one sposobu realizacji działalności wytwórczej czy usługowej przedsiębiorstw. Podkreśla się także znaczenie wpływu innowacji o charakterze społecznym na rozwój przedsiębiorstw. Z kolei innowacyjność wewnętrzna firm wiąże się często z realizacją własnych innowacji, najczęściej o charakterze inkrementalnym. Rozpatrywane są także różne poziomy innowacyjności: ponadnarodowy, krajowy, lokalny, wreszcie na poziomie poszczególnych organizacji. W części pierwszej opracowania odniesiono się także do problematyki innowacyjności i konkurencyjności krajów Unii Europejskiej oraz do problematyki innowacyjności przedsiębiorstw różnych branż, zwracając m.in. uwagę na rolę kapitału ludzkiego."(...

Synthesis, properties and application of electroactive micro- and macrohydrogels

Współczesny rozwój nauki sprawia, że badacze prześcigają się w poszukiwaniach lub w otrzymywaniu nowych materiałów bądź rozszerzaniu właściwości już istniejących. Żele polimerowe ze względu na swoje unikatowe właściwości wydają się być interesującymi materiałami idealnie wpasowującymi się we współczesne trendy naukowe. Mnogość substancji, które mogą tworzyć żele a także liczebność możliwych modyfikacji sieci polimerowych sprawia, że materiały te cieszą się dużą popularność, o czym świadczy wzrost liczby pojawiających się publikacji opisujących właściwości i przykłady zastosowań żeli. Żele polimerowe można określić jako jedną makromolekułę, która tworzy trójwymiarową sieć wypełnioną rozpuszczalnikiem. Zawartość rozpuszczalnika w wielu przypadkach przekracza 95% wagowych. Obecność sieci polimerowej powoduje "unieruchomienie" rozpuszczalnika, co jest obserwowane jako utrata jego płynności. Dzięki dużej zawartości rozpuszczalnika oraz stałej konsystencji żele łączą w sobie cechy charakterystyczne dla ciał stałych i cieczy. Poza wspomnianymi właściwościami żele polimerowe mają jeszcze jedną bardzo ciekawą właściwość: ulegają zjawisku objętościowego przejścia fazowego. Zjawisko to polega na przemianie żelu z fazy napęczniałej w skurczoną lub odwrotnie. Odwracalna zmiana objętości żelu w trakcie przejścia fazowego może być nawet tysiąckrotna, co skutkuje dużymi zmianami jego właściwości. Przejście żelu z jednej fazy w drugą wywołane może być niewielkimi zmianami w warunkach środowiskowych, takich jak: temperatura, pH, moc jonowa, obecność określonych jonów/molekuł. Ta zdolność adaptacji do zmieniających się warunków zewnętrznych pozwala zaklasyfikować żele polimerowe do grupy materiałów "inteligentnych". Czułość na warunki środowiskowe oraz specyficzna wewnętrzna struktura powodują, że materiały te cieszą się dużą popularnością i znajdują zastosowanie w systemach kontrolowanego uwalniania (np. leków), w sztucznych mięśniach, sensorach, układach rozpoznania molekularnego i jako specyficzne sorbenty. Dodatkowo zakotwiczanie cienkich warstw żeli na powierzchniach elektrod dodatkowo zwiększa możliwości ich zastosowania. Żele polimerowe ze względu na rozmiary można podzielić na makrożele, o rozmiarach powyżej 1 µm, mikrożele o rozmiarach poniżej 1 µm oraz cienkie warstwy żelowe na powierzchniach. Rozprawa doktorska opisuje badania nad elektroaktywnymi żelami polimerowymi. Żele były otrzymywane w reakcji polimeryzacji wolnorodnikowej a monomerami głównymi były N-izopropyloakryloamid (NIPA) i akrylan sodu (AS). Otrzymywane materiały miały postać cienkich warstw na powierzchni elektrod oraz tworzyły mikrożele i makrożele. Charakteryzowały się one czułością na zmiany warunków środowiskowych, takich jak: temperatura (w przypadku żeli opartych o pNIPA) oraz pH (żele oparte na poliakrylanie sodu). A więc celem pracy doktorskiej było otrzymanie i charakterystyka elektroaktywnych i środowiskowo czułych żeli polimerowych. Po utworzeniu sieci polimerowych były one modyfikowane odpowiednimi elektroaktywnymi związkami, które ulegały szybkiej reakcji redoks. Zmodyfikowane, elektroaktywne żele były zdolne, w określonych warunkach, do znacznej zmiany swojej objętości w wyniku zmiany stopnia utleniania w grupach elektroaktywnych. Praca doktorska rozpoczyna się od wstępu, po którym następuje część literaturowa. We wstępie przedstawione są cele, które były realizowane w ramach pracy. Drugi rozdział pracy dotyczy ogólnej charakterystyki hydrożeli polimerowych. W rozdziale tym zawarte są informacje dotyczące podziału żeli polimerowych, metod otrzymywania żeli o różnych rozmiarach, a także opis zjawiska objętościowego przejścia fazowego, z wyszczególnieniem przejść fazowych żeli czułych na zmianę temperatury, pH i wywołanych reakcjami redoks. Omówione są także metody badań wykorzystywanych do monitorowania przejść fazowych żeli. Rozdział trzeci poświęcony jest zastosowaniom hydrożeli polimerowych. W tym rozdziale omówiłem przykłady zastosowań makrożeli w takich dziedzinach jak: systemy uwalniania leków, sztuczne mięśnie, sensory i materiały zdolne do samo-naprawy. Przedstawiłem również przykłady zastosowań mikrożeli jako nośniki leków, sensory chemiczne i sorbenty oraz zastosowania mikrożeli nałożonych na różne powierzchnie. Na końcu tego rozdziału opisałem zastosowania cienkich warstw żelowych w obiektach takich jak przełączalne elektrody, bioczujniki oraz zawory chemiczne. Kolejne dwa rozdziały pracy dotyczą części eksperymentalnej. Rozdział czwarty zawiera spis odczynników oraz aparatury używanych w trakcie pracy badawczej. Natomiast w rozdziale piątym opisałem techniki nieelektrochemiczne i elektrochemiczne wykorzystywane w trakcie eksperymentów. W rozdziale szóstym opisałem otrzymywanie usieciowanych i nieusieciowanych warstw pNIPA na powierzchni elektrod elektrochemicznej mikrowagi kwarcowej (EQCM) i wykorzystanie mikrowagi kwarcowej do ich temperaturowej charakterystyki. Przedstawiłem również charakterystykę elektrochemiczną w różnych temperaturach z wykorzystaniem woltamperometrii cyklicznej i elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej. Rozdział zakończyłem krótkim posumowaniem. Rozdział siódmy dotyczy kontrolowanych potencjałem odwracalnych procesów pęcznienia/kurczenia cienkich warstw żelowych na powierzchni elektrod. W rozdziale tym opisałem proces otrzymywania cienkich warstw żelowych na bazie czułego na pH akrylanu sodu. Warstwy nakładane były na powierzchnie elektrod dyskowych oraz elektrod EQCM. Następnie przedstawiłem charakterystykę warstw w różnym pH z wykorzystaniem mikrowagi kwarcowej oraz technik elektrochemicznych. Opisałem również wpływ zmiany stopnia utlenienia dodatnio naładowanego próbnika redoks na stopień napęcznienia ujemnie naładowanej cienkiej warstwy żelowej. Pomiary wykazały, że redukcja próbnika ze stopnia utleniania 3+ do 2+ powodowało pęcznienie sieci polimerowej, natomiast ponowne utlenienie próbnika prowadziło do kurczenia. Opisany efekt może być użyteczny w konstrukcji elektro-sterowanych zaworów chemicznych a także w konstrukcji sztucznych mięśni. Rozdział siódmy również zakończony jest krótkim podsumowaniem. W rozdziale ósmym przedstawiłem syntezę i charakterystykę termoczułego mikrożelu pNIPA usieciowanego diakrylową pochodną cystyny (BISS). Żel ten wykorzystałem do modyfikacji powierzchni elektrod złotych poprzez proces chemisorpcji. Proces ten monitorowałem przy użyciu mikrowagi kwarcowej. W trakcie dodatków roztworu mikrożelu obserwowany był spadek częstotliwości drgań kryształu kwarcu związany z osadzaniem się cząstek mikrożelu na jego powierzchni. Powstałą monowarstwę scharakteryzowałem z wykorzystaniem mikroskopii sił atomowych oraz skaningowego mikroskopu elektronowego. Wykonałem również temperaturową charakterystykę elektrochemiczną z wykorzystaniem próbnika elektroaktywnego. Całość zakończyłem krótkim podsumowanie. Rozdział dziewiąty dotyczy modyfikacji aminoferrocenem sieci polimerowej termoczułego mikrożelu pNIPA zawierającego w swojej budowie grupy karboksylowe pochodzące od akrylanu sodu. Zbadałem wpływ stopnia utlenienia grup elektroaktywnych na rozmiary otrzymanego materiału. Okazało się, że temperatura przejścia fazowego mikrożelu w stanie utlenionym była wyższa o 10 °C w stosunku do stanu zredukowanego. W rezultacie w pewnym przedziale temperaturowym mikrożel mógł być w stanie napęczniałym jak i skurczonym w zależności od stopnia utlenienia grup elektroaktywnych. Obecność ugrupowania -S-S- w czynniku sieciującym BISS wykorzystałem do zakotwiczenia mikrożelu na powierzchni elektrody EQCM. Elektrochemiczne utlenianie i redukcja grup elektroaktywnych mikrożelu, w 38 °C, powodowała proces pęcznienia lub kurczenia, który monitorowany był poprzez rejestrację zmian częstotliwości drgań kryształu kwarcu. Rozdział zakończony jest krótkim podsumowaniem. W rozdziale dziesiątym opisałem możliwość wykorzystania elektroaktywnego mikrożelu pNIPA jako matrycy mediującej w enzymatycznym bioczujniku. Mikrożel zawierający termoczuły monomer pNIPA i akrylan sodu jako co-polimer, obydwa usieciowane BISS, zmodyfikowałem związkiem elektroaktywnym – aminoferrocenem. Do badań wybrałem enzym oksydazę glukozową. Podłożem bioczujnika była elektroda z węgla szklistego. Okazało się, że otrzymany bioczujnik wykazywał najlepsze działanie w temperaturze 37 °C. Wykonałem analityczną charakterystykę otrzymanego sensora z wykorzystaniem technik prądowych. Na koniec rozdziału podsumowałem otrzymane wyniki. Ostatni rozdział części eksperymentalnej poświęciłem syntezie i charakterystyce termoczułego makrożelu pNIPA zawierającego w sieci polimerowej elektroaktywną metakrylową pochodną dopaminy. Zbadałem wpływ ilości pochodnej dopaminy w sieci polimerowej na temperaturę przejścia fazowego żelu. Okazało się, że wzrost zawartości dopaminy powodował spadek temperatury przejścia fazowego. Obecność grup elektroaktywnych potwierdziłem przy użyciu cyklicznej woltamperometrii. Zbadałem wpływ stopnia utlenienia grup elektrokatywnych na temperaturę przejścia fazowego żelu. Zaobserwowałem, że w stanie utlenionym temperatura przejścia fazowego jest znacząco większa w porównaniu do stanu zredukowanego. Zbadałem także powstawanie kompleksów o różnej stechiometrii pomiędzy grupami katecholowymi dopaminy a jonami Fe3+. To tworzy nowe możliwości zastosowania żelu. Rozdział zakończyłem krótkim podsumowaniem. Rozprawę doktorską kończy spis prac, które zostały opublikowane w trakcie pracy doktorskiej oraz spis literatury cytowanej w niniejszej pracy.The title of this dissertation is ,,Synthesis, properties and application of electroactive micro- and macrohydrogels”. The free radical polymerization was employed to obtain the gels. The main monomers were N-isopropylacrylamide (NIPA) and sodium acrylate (AS). The new gel materials were synthesized in three different ways to form either thin gel layers on the electrode surface or microgels or macrogels. The obtained gels were sensitive to such environmental conditions as: temperature (in the case of gels based on pNIPA) and pH (for the gels based on sodium acrylate). The aim of this work was to obtain and characterize new electroactive and environmentally sensitive polymer gels. After the synthesis the polymer networks were modified with appropriate electroactive compounds. The modified, electroactive gels were able, under certain conditions, to change their volume in response to the change in the oxidation degree of the electroactive groups. The first chapter is the introduction to the presented research topic. It reveals the goals that were implemented within the thesis work. Next two chapters report on the knowledge of the hydrogels that can be found in the literature. The second chapter concerns the general characteristics of the polymer hydrogels. It provides information on the divisions of polymer gels, the methods of their synthesis in various sizes, and a description of the volume phase transition phenomenon. In this chapter the phase transitions of the gels sensitive to temperature change and pH, and caused by redox reactions are given in detail. I also discussed the methods which are useful to monitor gel phase transitions. The third chapter is focused on the application of polymer hydrogels. In this chapter, potential applications of macrogels in such areas as drug release systems, artificial muscles, sensors and materials able to self-repair are presented. I also pointed out the applications of microgels as drug carriers, chemical sensors and sorbents, and the ways of using microgels adsorbed on solid surfaces. At the end of this chapter I described the applications of thin gel layers in such fields as switchable electrodes, biosensors and chemical valves. The following chapters make the experimental part. I began with the list of reagents and equipment used during the research work in the fourth chapter. In chapter five I described the non-electrochemical and electrochemical techniques used during the experiments. In the sixth chapter, I described the preparation of cross-linked and non-crosslinked pNIPA layers on the surface of electrochemical quartz microbalance (EQCM) electrodes. Their temperature characteristics were done with a quartz crystal microbalance. I also presented the electrochemical measurements with the gels done at different temperatures. Cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy data were inserted into the chapter. A short summary was given at the end. Chapter seven refers to the reversible swelling/shrinking processes of thin gel layers on the electrode surface controlled with potential changes. In this chapter I described the process of anchoring thin gel layers, based on pH-sensitive sodium acrylate, on the disk- and EQCM electrode surfaces. Here I presented the influence of pH on gel-layer properties by using a quartz crystal microbalance and the electrochemical techniques. In the next step I examined the effect of changing the oxidation state of the positively charged redox probe on the swelling degree of the negatively charged thin gel layer. These measurements showed that the reduction of the redox probe from 3+ to 2+ oxidation number caused the swelling of the polymer network, while the reduction of the redox probe – the shrinking. This effect may be useful in the construction of electro-controlled chemical valves and also in the construction of artificial muscles. This chapter also ends with a short summary. In the eighth chapter, I presented the synthesis and characteristics of the thermosensitive pNIPA microgel cross-linked with the diacrylate derivative of cystine (BISS). BISS appeared to be useful in modification the gold electrode surface due to the chemisorption phenomenon. This process was monitored with a quartz crystal microbalance. During each consecutive addition of the microgel solution a drop in the resonance oscillation frequency of the quartz crystal was observed. This was related to the deposition of the microgel particles on the electrode surface. The obtained monolayer was characterized with atomic force microscopy and scanning electron microscopy. The temperature characteristic of the layers was done using electrochemistry techniques with an electroactive probe. A short summary was placed in the end of the chapter. The ninth chapter concerns the modification of the thermosensitive pNIPA microgel polymer network containing the carboxylic groups (derived from sodium acrylate) with aminoferrocene. The coupling reagents (NHS/EDC) were used for this purpose. The influence of the oxidation state of the electroactive groups on the microgel size was investigated. It was observed that the phase transition temperature of the microgel in its oxidized state was higher by 10 °C compared to the reduced state. As a result, in a certain temperature range, the microgel could be either in the swollen- or in the shrunken form depending on the electroactive-group oxidation state. The presence of the -S-S- moiety in the BISS cross-linking agent was used to anchor the microgels on the EQCM electrode surface. Electrochemical oxidation and reduction of the microgel electroactive groups, at 38 °C, caused either swelling or shrinking of the microgel particles. This was monitored with the quartz-crystal microbalance technique. The chapter ends as usually with a short summary. In the tenth chapter a possibility of application of the electroactive pNIPA microgel as a mediating matrix in an enzymatic biosensor was described. The microgel containing the thermosensitive monomer pNIPA, sodium acrylate and BISS as a crosslinker was modified with an electroactive compound - aminoferrocene and an enzyme - glucose oxidase. The obtained material was used to modify the glassy carbon electrode surface. The obtained optimal working temperature of the biosensor was 37 °C. The electroanalytical characteristic of the constructed biosensor was done. Also, the relationship between the obtained signal and glucose concentration was plotted. At the end of the chapter, the obtained results were summarized. In the last chapter of the experimental part the synthesis and characterization of a thermosensitive pNIPA macrogel containing an electroactive methacrylic derivative of dopamine in the polymer network was described. The influence of the amount of dopamine derivative in the polymer network on the gel phase transition temperature was examined. It appeared that an increase in the dopamine content caused a drop in the phase transition temperature. The presence of electroactive groups was confirmed by cyclic voltammetry. The influence of the oxidation state of electroactive groups on the gel phase transition temperature was investigated. It was observed that in the oxidized state of the dopamine derivative the temperature of the phase transition was significantly higher than in the reduced state. The complexes between the catechol groups of dopamine and Fe3+ ions of different stoichiometry were formed. A short summary was added at the chapter end. In chapter fourteen a list of articles published during my PhD-thesis work is presented. The dissertation ends with a list of cited literature