Zainteresowania naukowe Prof. Leszka A. Dobrzańskiego obejmują naukę o materiałach i inżynierię materiałową, budowę i eksploatację maszyn, organizację i zarządzanie, inżynierię wytwarzania w ramach specjalności: materiały inżynierskie metalowe i niemetalowe (metale, polimery, ceramika i kompozyty), materiały funkcjonalne, fotowoltaika, metalowe i ceramiczne materiały narzędziowe, stopy metali lekkich, inżynieria i materiały biomedyczne i stomatologiczne, nanotechnologia i materiały nanostrukturalne, technologie i materiały gradientowe, podstawy inżynierii produkcji, technologie procesów wytwarzania i przetwórstwa materiałów inżynierskich, obróbka plastyczna, cieplna i cieplno-mechaniczna stopów metali, metalurgia proszków, inżynieria powierzchni, w tym warstwy PVD i CVD oraz stopowanie i przetapianie laserowe, automatyzacja i robotyzacja procesów przetwórstwa materiałów inżynierskich, metodyka badania struktury i własności materiałów inżynierskich, metodologia projektowania materiałów, komputerowa nauka o materiałach, komputerowe wspomaganie prac inżynierskich i dydaktyki, informatyka stosowana, edukacja techniczno-informatyczna i zdalne nauczanie, zarządzanie przemysłowe i badania foresightowe.
W dorobku naukowym Prof. Leszka A. Dobrzańskiego można wyróżnić m.in. kilka zasadniczych kierunków:
- metodologię projektowania inżynierskiego, zwłaszcza materiałowego i technologicznego produktów, rozwój metodyki foresightu głównie do stosowania w inżynierii powierzchni oraz wypracowanie strategii rozwojowych inżynierii powierzchni na dwa następne dziesięciolecia, projektowania materiałów inżynierskich ze wspomaganiem komputerowym oraz rozwój metod komputerowej nauki o materiałach oraz komputerowej inżynierii powierzchni, w których to specjalnościach naukowych jest prekursorem w Kraju, w celu tworzenia narzędzi do modelowania oraz predykcji struktury i własności materiałów inżynierskich, głównie przez wykorzystanie metod sztucznej inteligencji, w tym sieci neuronowych i algorytmów genetycznych, a także metod numerycznych, m.in. do opracowania systemów komputerowego wspomagania projektowania materiałów CAMD i doboru materiałów CAMS, modelowania i symulacji własności mechanicznych stali stopowych w zależności od składu chemicznego i warunków technologicznych oraz warstw powierzchniowych nanoszonych metodą PVD, a także przez przetapianie i stopowanie laserowe oraz ich związku z własnościami eksploatacyjnymi, prognozowania wykresów CTPc i przewidywania hartowności stali na podstawie składu chemicznego, prognozowania trwałości resztkowej stali pracujących w warunkach pełzania, metodyki zautomatyzowanej oceny jakości metalurgicznej odlewów ze stopów lekkich na podstawie oceny radiograficznej oraz wykorzystania metod komputerowego wspomagania w badaniach foresightowych;
- optymalizację składu chemicznego i technologii obróbki cieplnej, cieplno-mechanicznej i cieplno-chemicznej oraz badanie przemian fazowych w stalach narzędziowych stopowych, w tym szybkotnących, czego efektem było opublikowanie po raz pierwszy w Świecie, na podstawie wyników badań cienkich folii w transmisyjnym mikroskopie elektronowym oraz badań dylatometrycznych, opisu mechanizmów umocnienia stali narzędziowych stopowych, w tym szybkotnących, o stężeniu wanadu większym od 1%, z uwzględnieniem roli wydzielania węglików międzywęzłowych typu MC w martenzycie podczas wygrzewania przy odpuszczaniu oraz przemiany martenzytycznej austenitu szczątkowego w czasie chłodzenia z temperatury odpuszczania, opracowanie w pełni oryginalnej i objętej patentami technologii obróbki cieplno-mechanicznej stali narzędziowych stopowych, w tym szybkotnących, która zapewnia nie tylko zwiększenie twardości i wytrzymałości stali, lecz również zwiększenie ich ciągliwości, a przez to zwiększenie trwałości eksploatacyjnej narzędzi, potwierdzone w pracach wdrożeniowych, ustalenie znaczenia krzemu w tej grupie stali jako substytutu wolframu i molibdenu oraz tytanu i niobu jako zamienników wanadu, a także minimalizacja stężenia kobaltu i opracowanie nowej generacji ekonomicznych gatunków tych stali, jak również zbadanie znaczenia mikrododatków ceru i cyrkonu w stalach narzędziowych stopowych do pracy na gorąco, w celu poprawy odporności narzędzi m.in. kuźniczych na zmęczenie cieplne i udary cieplne, opracowanie chronionych patentami oryginalnych stali narzędziowych typu maraging utwardzanych wydzieleniowo niewęglikowymi fazami niemetalicznymi, a także opracowanie nowatorskich technologii PIM i MIM wytwarzania spiekanych stali narzędziowych, a zwłaszcza szybkotnących, jak również spiekanych narzędziowych materiałów gradientowych wytwarzanych m.in. z wykorzystaniem tych technologii;
- opracowanie i badania nowych typów stali austenitycznych średnio- i wysokomanganowych, optymalizację ich składu chemicznego, obróbki cieplnej, plastycznej na zimno i gorąco oraz obróbki cieplno-mechanicznej, badania składu fazowego, przemian fazowych i zmian struktury w celu określenia synergicznego wpływu na wzrost zapasu energii odkształcenia plastycznego, a tym samym przeciwdziałanie pękaniu, badanie zależności między mechanizmami strukturalnymi (głównie bliźniakowaniem i wydzielaniem węglików) i przemianami fazowymi (głównie przemianą martenzytyczną) podczas odkształcenia plastycznego na zimno nowo opracowanych stali wysokomanganowych typu TRIP, TWIP i TRIPLEX, a zmianami struktury tych stali spowodowanymi wymaganym rozdrobnieniem ziarn austenitu wskutek kontrolowanego procesu rekrystalizacji podczas poprzedniej obróbki cieplno-mechanicznej i/lub cieplnej w zależności od mikrododatków silnie węglikotwórczych pierwiastków takich jak Nb i Ti, w celu opracowania modelu wzajemnych zależności z wykorzystaniem metod sztucznej inteligencji, znalezienia mechanizmów i sekwencji przemian strukturalnych, zasad kształtowania struktury i korzystnego związku pomiędzy wysoką wytrzymałością (Rm ≥1000 MPa) a wysokimi własnościami plastycznymi (A≥60%), z możliwie najwyższym zapasem energii odkształcenia plastycznego na zimno;
- opracowanie i badania nowych twardych powłok węglikowych, azotkowych i tlenkowych z udziałem tytanu, aluminium, krzemu i cyrkonu, odpornych na ścieranie i korozję, nanoszonych metodami PVD, CVD, ALD i zol-żel, o strukturze jedno-, dwu- i wielowarstwowej oraz gradientowej, jak również nanostrukturalnych, a także hybrydowych uzyskiwanych metodami jonizacyjnej obróbki cieplno-chemicznej lub stopowania laserowego oraz PVD, na różnych podłożach, w tym: (1) ze stali narzędziowych, w tym szybkotnących, węglików spiekanych, cermetali narzędziowych, ceramiki narzędziowej tlenkowej, azotkowej, krzemowej, w tym sialonów, zapewniających znaczące zwiększenie własności eksploatacyjnych narzędzi, zwłaszcza skrawających przy dużych szybkościach skrawania i na sucho bez użycia cieczy obróbkowych, włącznie z badaniami zjawisk dyfuzji i adhezji decydujących o przyczepności powłok do podłoża oraz warstw wchodzących w ich skład między sobą, (2) ze stopów aluminium, magnezu i tytanu, (3) z poli- i monokrystalicznego krzemu;
- opracowanie i optymalizację technologii oraz badania mechanizmów umacniających warstwy wierzchnie, w tym gradientowe, wytworzone z użyciem lasera diodowego dużej mocy przez natapianie, przetapianie, wtapianie i stopowanie z wykorzystaniem węglików i cząstek ceramicznych, na różnych podłożach, w tym: (1) na stalach narzędziowych, w tym zwłaszcza do pracy na gorąco, ale także szybkotnących, w celu zwiększenia trwałości eksploatacyjnej narzędzi i elementów konstrukcyjnych, oraz odpowiednio ich odporności na ścieranie, na korozję i na zmęczenie cieplne, oraz metod hybrydowych polegających na łączeniu laserowego natapiania, przetapiania, wtapiania i/lub stopowania z technologią metalurgii proszków podłoża i/lub z metodami nanoszenia powłok techniką PVD, 2) ze stopów aluminium, magnezu i tytanu, a także wykorzystanie technologii laserowych do teksturowania warstw wierzchnich krzemu mono- i polikrystalicznego do zastosowań fotowoltaicznych oraz w technologii wytwarzania ogniw fotowoltaicznych (np. do osadzania elektrod), a także wykorzystanie energii lasera do wytwarzania litych i porowatych materiałów z wykorzystaniem selektywnego topienia laserowego (Selective Laser Melting SLM) i selektywnego spiekania laserowego (Selective Laser Sintering SLS);
- opracowanie i badania nowych metod w nanotechnologii, w tym osadzania warstw atomowych (Atomic Layer Deposition ALD), chemicznego osadzania powłok z fazy gazowej (Chemical Vapour Deposition CVD) i elektroprzędzenia w celu wytwarzania nowych materiałów nanokompozytowych (1) z osnową ze stopów metali lekkich (Al, Mg) i z nanorurkami węglowymi (Al+MWCTN, Al+SWCNT, Mg+MWCTN, Mg+SWCNT), (2) z osnową polimerową i nanodrutami (Cu, Ag, Au, Pd, Pt) jako lekkimi kompozytami o wysokich walorach estetycznych (przezroczyste), o ulepszonych własnościach elektrycznych i cieplnych (polimer + nanodruty Ag, Au, Pd, Pt), (3) o osnowie gazowej z jedno- i dwuskładnikowych nanowłókien polimerowych o wysoko rozwiniętej powierzchni, porowatych materiałów o wysokiej absorpcyjności, przepuszczalności powietrza, przenikalności i niskiej gęstości (polimer + powietrze), z możliwością napełniania porów aktywnymi substancjami leczniczymi, o szerokim spektrum praktycznych obszarów zastosowania w przyszłości, np. w medycynie, w sensorach i automatach jako materiały funkcjonalne, korzystając z nieoczekiwanych skutków kształtowania własności funkcjonalnych takich materiałów;
- opracowanie i optymalizację technologii oraz badania nowych bioaktywnych, biodegradowalnych, biokompatybilnych materiałów, w tym polimerów, tytanu i jego stopów, kompozytów z osnową polimerową i metalową i nanokompozytów do produkcji implantów, w tym spersonalizowanych skafoldów tkanek i kości, dla medycyny regeneracyjnej do rekonstrukcji ubytków kostnych w chirurgii szczękowo-twarzopwej, stomatologii rekonstrukcyjnej, laryngologii, wraz z otolaryngologią, ortopedii i traumatologii oraz dla zastępowania tkanek miękkich, m.in. do protezowania/implantacji przełyku oraz naczyń krwionośnych, w szczególności kikutów kostnych lub narządowych nie pozostajacych w kontakcie; selektywnego topienia laserowego (SLM) i selektywnego spiekania laserowego (SLS), fizycznego i chemicznego osadzania powłok z fazy gazowej(PVD i CVD), osadzania warstw atomowych (ALD), metod zol-żel, elektroprzędzenia ze współosiowym włącznie, z roztworów oraz stopionych polimerów, przy użyciu m.in. nanowłókien, nanodrutów i nanorurek, jak również rozwój i badania nowych innowacyjnych porowatych materiałów biomimetycznych utworzonych metodami selektywnego spiekania laserowego (SLS) tytanowych, korundowych i cyrkoniowych skafoldów, spiekanych laserowo w ciągłym procesie produkcyjnym, składających się z litego rdzenia i porowate, silnie rozwiniętej warstwy powierzchniowej, opcjonalnie pokrytych nanostrukturalnymi warstwami powierzchniowymi osteokonduktywnymi hydroksyapatytu albo tworzą rdzeń z kompozytu utworzonego przez wstrzyknięcie polimerów z grupy obejmującej akrylany i / lub elastomery, pod ciśnieniem, wprowadzanych do porów na powierzchni skafoldu z tytanu;
- opracowanie i badania nowych technologii fotowoltaicznych i nowych materiałów fotowoltaicznych, w tym polikrystalicznego krzemu z wykorzystaniem nowoczesnej technologii ogniw słonecznych z teksturowaniem laserowym powierzchni i spiekaniem laserowym przednich elektrod z powłoką antyrefleksyjną Al2O3 w celu zminimalizowania strat optycznych i elektrycznych występujących w ogniwie słonecznym, między innymi poprzez zmniejszenie odbicia od przedniej powierzchni ogniwa słonecznego i zredukowanie oporności na styku półprzewodnik-przednia elektroda, a także poprzez zwiększenie wydajności kwantowej, a także rozwój i badania nowoczesnych struktur fotowoltaicznych i ich integracją z materiałami konstrukcyjnymi dla zintegrowanych fotowoltaicznie kompozytów samochodowych, lotniczych i budowlanych, w celu zdobycia wiedzy na temat wpływu struktury, składu fazowego i chemicznego aktywnej warstwy fotowoltaicznej, warstwy elektrod z nanostrukturalnych materiałów węglowych zawierających nanorurki węglowe, grafen, spieniony grafit, ich wzajemnego przylegania i sposobów osadzania tych warstw o własnościach fotowoltaicznych kompozytowych materiałów wielowarstwowych oraz badania wytwarzania materiału kompozytowego z aktywną warstwą fotowoltaiczną na twardym i elastycznym, przewodzącym i nieprzewodzącym podłożu z możliwością ich osadzania na małych i dużych powierzchniach, a także przy użyciu materiałów węglowych jako warstw przewodzących w celu rozwoju podstaw kształtowania struktury i własności warstwowych materiałów fotowoltaicznych i barwnikowych ogniw fotowoltaicznych (DSSC);
- opracowanie i optymalizację technologii oraz badania struktury i własności materiałów kompozytowych o różnych rodzajach osnowy (metalowych, ceramicznych lub polimerowych) i wytwarzanych z wykorzystaniem różnych technologii, w tym również metodami nanotechnologicznymi, m.in. otrzymywanych metodami metalurgii proszków, infiltracji, PIM, MIM, hybrydowej z wykorzystaniem stopowania i wtapiania z użyciem lasera diodowego dużej mocy w celu uzyskania kompozytów o strukturze gradientowej, wytwarzanych m.in. z wykorzystaniem materiałów wzmacniających lub wypełniających o strukturze nanokrystalicznej otrzymywanych z taśm amorficznych przez krystalizację termiczną lub przez wysokoenergetyczne mielenie, o różnym zastosowaniu, w tym funkcjonalnych (np. o miękkich lub twardych własnościach magnetycznych lub inteligentnych o regulowanej magnetostrykcji), narzędziowych (w tym z gradientem składu chemicznego, fazowego i własności) oraz specjalnych (np. odpornych na korozję, jak stale typu duplex, lub materiały o małej gęstości, jak porowaty tlenek aluminium infiltrowany aluminium), do zastosowań biomimetycznych (np. na endoprotezy przełyku lub na stałe protezy stomatologiczne), a także opracowanie i badanie nowo opracowanych materiałów kompozytowych z osnową ze stopów aluminium, wytwarzanych jedną z dwóch metod: z wykorzystaniem mielenia mechanicznego, następnie prasowania i wyciskania na gorąco, lub alternatywnie ciśnieniowej infiltracji z synergicznym efektem oddziaływania dyspersyjnej fazy wzmacniającej w postaci naturalnego haloizytu lub nanorurek węglowych oraz utwardzania wydzieleniowego podczas obróbki cieplnej i badanie wpływu tych zmian fazowych na strukturę oraz własności mechaniczne i fizykochemiczne;
- badanie podstaw teoretycznych przemian fazowych, w tym przebiegających podczas krystalizacji oraz topnienia stopów metali lekkich, głównie magnezu i aluminium z wykorzystaniem uniwersalnego symulatora analiz metalurgicznych z wykorzystaniem analizy derywacyjnej, jak również rozwój metodologii tych badań z wykorzystaniem sieci neuronowych oraz innych metod sztucznej inteligencji, a także badania przemian fazowych zachodzących w tych stopach w stanie stałym podczas obróbki cieplnej, m.in. metodami analitycznej transmisyjnej mikroskopii elektronowej, analizy spektralnej w mikroobszarach oraz analizy rentgenograficznej, w celu optymalizacji składu chemicznego oraz technologii ich wytwarzania i przetwórstwa, także z użyciem lasera diodowego dużej mocy;
- opracowanie konstrukcji i technologii narzędzi do kombajnów górniczych, obejmujące liczne rozwiązania zastrzeżone w patentach i wzorach użytkowych i wdrożone w kilku zakładach przemysłowych przetwórstwa stopów metali, wytwarzania narzędzi górniczych oraz zakładach wydobywczych węgla kamiennego, dotyczące m.in. obróbki cieplno-mechanicznej trzonków noży górniczych, zapewniającej obniżenie kosztów produkcji oraz zwiększenie ich niezawodności, w wyniku równoczesnego podwyższenia wytrzymałości i ciągliwości, automatyzacji procesów lutowania płytek skrawających z zastosowaniem nowo opracowanych gatunków spoiw, a także opracowanie nowych ekonomicznych bezkobaltowych węglików spiekanych dogęszczanych izostatycznie na gorąco, o własnościach przekraczających charakterystyki użytkowe gatunków konwencjonalnych.