Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
CEITEC VUTZkratka: AMAk. rok: 2018/2019
Program: Advanced Materials and Nanosciences
Délka studia: 4 roky
Akreditace od: 1.1.2011Akreditace do:
Profil
The programme of Advanced materials will be focussed on advanced (functional and structural gradient, nanostructural and smart) ceramic materials, polymers, metals and composites. Basic research will be focussed on advanced methods of synthesis (or preparing) of advanced materials and multifunctional composites with polymeric, ceramic, silicate or metallic matrixes, characterization of their structures on various dimensional scales and quantifying structure-property-function relationships on the various structural levels. Combined research in the field of advanced ceramic materials, polymeric composites and metallic composites will be focussed on applications in medicine, electrical engineering, power engineering, engineering, chemistry and building engineering.
Vstupní požadavky
http://www.ceitec.vutbr.cz/en/students/admission
Garant
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
For more details contact the supervisor.
Školitel: Abdellatif Abdelmohsen Moustafa, M.Sc., Ph.D.
Magnetické vrstvy na bázi FePd, FePt, CoPt, apod. jsou předmětem výzkumu pro jejich potenciální využití v paměťových médiích s ultra vysokou hustotou záznamu dat. Cílem studia bude vymezit teoretickou oblast stability krystalů vybraných binárních slitin. Student vymodeluje vybrané krystaly pomocí některého z dostupných ab initio programů a podrobí je simulovaným deformacím. Přitom budou studovány zejména magnetické fázové přechody. Výsledky výpočtů budou srovnány s dostupnými experimentálními daty pro tenké vrstvy.
Školitel: Černý Miroslav, prof. Mgr., Ph.D.
Téma práce se týká fotoelektrochemického štěpení vody a organických látek (alifatické alkoholy, aldehydy,atd.) ve viditelné oblasti spektra. Experimentální práce se bude zabývat syntézou fotokatalyticky aktivních anorganických polovodičů a jejich modifikací (např. uhlíkatými fázemi), přípravou stabilních koloidních prekurzorů pro depozici fotoaktivních vrstev, přípravou fotoelektrod a fotoelektrochemických cel (reaktorů) a měření fotoelektrických parametrů fotoelektrochemických cel a fotokatalytické účinnosti fotoreaktorů. Disertační práce bude také zaměřena na studium struktury připravených fotokatalyticky aktivních systémů a jejich interpetaci vhodnými strukturními modely a na konstrukční řešení fotoelektrokatalytických reaktorů s cílem dosáhnout maximální účinnost při transformacích reaktantů a produkci vodíku.
Školitel: Cihlář Jaroslav, prof. RNDr., CSc.
For more details please contact the supervisor.
Disertační práce je zaměřena na studium keramických vysokoteplotních palivových článků a elektrochemických reaktorů využívajících jako paliva nebo reaktanty organické látky (uhlovodíky, alifatické alkoholy, apod.). Experimentální část práce se bude zabývat syntézou nanočástic a koloidních prekurzorů pro přípravu keramických vysokoteplotních elektrolytů, anod a katod a přípravou komponent palivových článků a elektrochemických reaktorů (elektrolytů, elektrod,..). Pro měření elektrických parametrů palivových článků a elektrochemických parametrů elektrochemických reaktorů bude použito zařízení fy FulCellmaterials pro testování palivových článků, kombinované s vysokoteplotní impedanční spektroskopií a hmotnostní spektrometrií. Hlavním cílem disertační práce jsou nové elektrokeramické materiály umožňující snížit pracovní teplotu palivových článků a dosáhnout maximální elektrochemickou účinnost.
The subject of the PhD study is focused on shaping and consolidation of nanoceramic oxide particles. The main task of the student will contain a study of bulk colloidal ceramics processing using ceramic particles with size below 100 nm via colloidal shaping methods. The research will concern primarily with methods of direct consolidation of ceramic particles. A common difficulty of all these methods lies in the preparation of a stable concentrated suspension of nanoparticles with appropriate viscosity. The solution of the problem assumes understanding and utilization of colloidal chemistry and rheology of ceramic suspensions.
Školitel: Trunec Martin, prof. Ing., Dr.
Vývoj v oblasti pokročilých keramických materiálů je zaměřen na pochopení mechanických vlastností a na zlepšení jejich pevnosti, houževnatosti a odolnosti vůči poškození. Design mikrostruktury je klíčovým nástrojem pro tento výzkum, avšak lokalizovaná kontrola mikrostruktury je omezena možností lokalizované změny hustoty nebo chemického složení. Cílem tohoto Ph.D. studia je výzkum možností lokalizované aplikace velmi rychlého ohřevu k lokalizovanému designu mikrostruktury. Navrhovaný výzkum je zaměřen zejména na přenos energie zářením a novým možnostem při kontrole mikrostruktury. Budoucí oblast aplikací je zejména ve vývoji keramických materiálů s unikátní mikrostrukturou a lepšími mechanickými vlastnostmi.
Školitel: Salamon David, doc. Ing., Ph.D.
Kompozitní materiály dosahují vynikajících vlastností díky vhodnému spojení dvou různých materiálů. Ostré rozhraní materiálů však může vést k degradaci těchto vynikajících vlastností. Podmínky vzniku trhlin v místech ostrých tvarových a materiálových změn budou stanovovány a vyhodnocovány pomocí postupů zobecněné lomové mechaniky.
Školitel: Klusák Jan, doc. Ing., Ph.D.
Jednou z nejperspektivnější skupin moderních materiálů jsou tzv. slitiny s vysokou entropií, ve kterých atomy několika (typicky více jak 3-5) prvků náhodně obsazují pozice v krystalické mříži. Kombinováním různých druhů atomů lze získat materiály se širokou paletou jedinečných vlastností. Po intenzívním zkoumání mechanického chování těchto slitin v minulých letech se do popředí zájmu dostávají i jejich vlastnosti magnetické, které budou náplní plánovaného doktorandského studia. Měření budou podpořena teoretickými výpočty. Plánovaný výzkum bude navazovat na předešlou spolupráci vědců z České republiky, Německa, Rakouska a USA: O. Schneeweiss, M. Friák, M. Dudová, D. Holec, M. Šob, D. Kriegner, V. Holý, P. Beran, E. P. George, J. Neugebauer, and A. Dlouhý, Magnetic properties of the CrMnFeCoNi high-entropy alloy, Physical Review B 96 (2017) 014437.
Školitel: Friák Martin, Mgr., Ph.D.
Cílem práce je vymezit oblast mechanické stability vybraných krystalů za podmínek trojosého neisotropního zatížení. K tomuto účelu budou spočítána fononová spektra vybraných krystalů v jejich základních i deformovaných stavech. K výpočtu spekter budou použity silové konstanty spočtené programem VASP.
Studium poškození materiálech určených pro vysoké teploty s cílem zvýšit jejich únavovou a creepovou životnost a zvýšit tak energetickou účinnost strojů a zařízení v oblasti letectví a energetiky. Využít náročných experimentálních technik jako jsou elektrohydraulické počítačem řízené stroje a moderní analytické metody (FESEM, EBSD FIB, TEM a jiné) a studovat chování niklových superslitin v podmínkách blízkých provozním. Analyzovat hlavní poškozující mechanismy při izothermické vysokoteplotní únavě, v interakci s creepem (prodlevy v cyklu) a při termomechanické únavě a využít je pro reálnou predikci provozní životnosti.
Školitel: Polák Jaroslav, prof. RNDr., DrSc.
V práci se student seznámí s problematikou elektrických a elektrochemických měření (zejména impedance, proudové a napěťové rozdělení na elektrodách, a toky materiálů v elektrochemických článcích). Student se současně seznámí s principy počítačového modelování "Finite Elements Modelling" s použitím komerčního softwaru. Výpočetní výzkum povede k objasnění správných postupů při praktických měřeních, k návrhům možných nových praktických geometrií a ke zpětným vazbám se spolupracovníky, kteří vyvíjejí funkční vzory zařízení.
Školitel: Vanýsek Petr, prof. RNDr., CSc.
For detailed info please contact the supervisor.
Školitel: Vojtová Lucy, doc. Ing., Ph.D.
Tématem disertační práce je studium polymer/anorganických biomateriálů s hierarchickou kompozitní strukturou složenou z nanovláknité a nanočásticové komponenty. Nanovláknité polymerní komponenty budou připraveny metodami elektrospinování nebo odstředivého zvlákňování, anorganické bioaktivní nanočástice ultrazvukovou nebo mikrovlnnou syntézou. Bude studována příprava hierarchických struktur (biokompozitů) templátovými metodami a 3D-tiskem. Bude hodnocena struktura, mechanické a biochemické vlastnosti biokompozitů a jejich interakce s kostními buňkami a tkáněmi.
Cílem dizertační práce bude připravit 3D nosiče za použití chitinu/chitosanu a jejich nových derivátů (s různými alkylovými řetězci) a kolagenu. Nové deriváty chitinu/chitosanu budou použity jako matrice pro různá anorganická plniva (hydroxyapatit, oxidy železa). Fyzikálně-chemické interakce nových nanokompozitů budou charakterizovány různými metodami (FTIR-TGA, NMR, XRD, SEM, TEM). Antibakteriální a hojivé vlastnosti společně s cytotoxicitou a histologickou studií nového 3D bionosiče budou analyzovány a vyhodnoceny.
Tématem dizertační práce je vývoj technologických postupů zcela unikátní výroby keramických prototypů a malých sérií složitých keramických dílů pomocí technologie 3D obrábění. Dizertační práce je proto zaměřena na výzkum polotovarů pokročilé keramiky pro 3D obrábění na bázi oxidů zirkoničitého, hlinitého, fosforečnanů vápenatých a dalších keramik pro dentální a konstrukční aplikace a perspektivně i pro individuálně tvarované chirurgické implantáty. Polotovary budou připraveny jak pro hutné keramické díly, tak i pro tělesa z keramické pěny. Pro výrobu velkých a složitých dílů budou vyvinuty tvarové obrobitelné polotovary zajišťující spolehlivou a ekonomickou přípravu těchto dílů. Polotovary budou zpracovány pomocí CAD/CAM technologie s využitím CNC frézování.
V práci se student seznámí se současnou problematikou uchovávání energie v elektrochemických průtokových redoxních článcích a monitorování míry jejich stavu nabití. Výzkum povede k návrhu a vývoji metod, které lze použít na průběžné monitorování stavu nabití. Dva základní principy budou využity: jednak optické sledování u těch systémů, kde se spektrum zabarvení mění v důsledku stavu nabití, a jednak měření elektrochemických vlastností v případech ostatních.
Cílem práce bude příprava a charakterizace keramických a kompozitních vláken metodou elektrostatického zvlákňování pro elektrické a elektrochemické aplikace.
Školitel: Částková Klára, doc. Ing., Ph.D.
This Ph.D. thesis will be focused on the investigation of semiconducting and optical properties of thin layers of metal oxides (such as TiO2, WO3, Ta2O5, etc.). Layers of various oxides (and their mixtures) will be prepared by various means: thermal oxidation, anodic oxidation, atomic layer deposition, etc. State-of-art characterization techniques will be utilized to investigate fundamental properties of these layers. Further treatment of these layers using doping, advanced lithographic techniques, focused-ion beam, etc. is also planned to obtain novel semiconducting structures with interesting electronic, catalytic and optical properties for various applications (solar cells, batteries, capacitors, etc.).
Školitel: Macák Jan, Dr. Ing.
V práci se student seznámí se současnou problematikou uchovávání energie prostřednictvím elektrochemických průtokových redoxních článků. Experimentální práce povede ke zdokonalení článků založených na principu redukce vanadových sloučenin a k návrhu a vývoji článků bez vanadových redoxních párů.
V práci se student seznámí se současnou problematikou izolačních materiálů a jejich chování za nízkých, pokojových a vysokých teplot. Výzkum povede k návrhu a vývoji metod, které lze použít na průběžné monitorování izolačních vlastností a předpovídání praktické životnosti izolantů a odolnosti vůči extrémním teplotám. Základní metodou bude měření komplexní impedance při proměnných teplotách a rovněž měření stejnosměrného odporu a ztrátového činitele při 50 Hz. Metodika bude doplněna sledováním stárnutí vlivem ozáření slunečním světlem.
Práce je zaměřena na studium 3D-tisku pokročilých keramických materiálů novou 3D-fotolitografickou metodou (LCM- Lithography-based Ceramic Manufacturing) na zařízení CeraFab 7500 firmy Lithoz GmbH. Práce se bude zabývat přípravou a studiem stabilních koloidních homogenních disperzí obsahujících světlocitlivý polymer a keramické plnivo s cílem získat disperze vhodné pro 3D-tisk objektů komplikovaných tvarů z pokročilých oxidových keramik. Doktorand se bude zabývat teoretickým studiem problematiky a experimentálním studiem koloidních vlastností polymer-keramických disperzí, chováním disperzí při 3D-tisku a při slinování tištěných objektů a evaluací fyzikálních, mechanických a chemických vlastností vytištěných keramik ve vztahu ke struktuře keramiky a podmínkám technologického procesu.
Fiberous materials represent scientifically and technologically highly interesting materials, owing to their easy preparation, compositional flexibility, dimensionality, possibility to tune fiber dimensions vs. porosity, etc. The aim of this thesis is to develop new compositions and structures of fibers with diameter on the sub-micron or micron scale. The focus will be given on polymeric as well as inorganic fibers (in particular oxides) that have potential for filtration and catalytic applications. Two techniques will be mainly used: centrifugal spinning and electrospinning. Various shapes of fiberous structures will be investigated, including planar layers, bulky forms, fibers with a specific orientation, etc. The conducted research will be very application oriented. Cooperation with partners from industry is expected for the testing of the application potential of developed fibers. In particular, part of the thesis will be also devoted to the development of electrically conducting fibers for various applications in textile, electronic and military industries.
Layered transition metal dichalcogenides represent some of the most investigated 2-D nanomaterials nowadays. They are typically prepared by various top-down methods and may contain defects that limit their potential use. Among bottom-up methods, atomic layers deposition profiles as the method of the choice to prepare these materials in the form of uniform thin layers. This method is feasible to prepare various sulphides and selenides in a controllable fashion. The aim of this Ph.D. study is therefore synthesis of new types of layered transition metal dichalcogenides sulphides and selenides (such as (MoS2, MoSe2, etc.) by ALD on various substrates. Characterization of the resulting materials will be realized by a whole range of techniques. These materials are expected to have very attractive properties that will be characterized and exploited for various applications.
Pro detailní popis tématu prosím kontaktujte mafri@ipm.cz.
Výzkum o oblasti biokeramických materiálů je velmi dynamický a je zaměřen také na aplikace v oblasti individuálních podpůrných struktur. Hlavními mikrostrukturními parametry těchto produktů jsou celková pórovitost, tvar pórů a vnitřních kanálků. Tyto strukturní proměnné musí reflektovat požadavky na odpovídající mechanické a biologické vlastnosti. Cílem tohoto Ph.D. studia je design mikrostruktury keramických materiálů pomocí cíleného tvarování kombinací procesních metod jako jsou „ice-templating“, „microtemplating“ a suspenzní lití. Hlavními sledovanými vlastnostmi jsou porozita a architektura mikrokanálků uvnitř podpůrných struktur se zaměřením na oblast kostních náhrad a anorganických buněčných navigátorů.
Speciální inženýrské a bio-mechanické aplikace vyžadují použití pokročilých materiálů. Vzhledem k jejich ceně a účelu použití je nutné zajistit dostatečnou únosnost komponent z nich vyrobených po celou dobu životnosti. Z hlediska únavy materiálů je často v aplikacích překročen počet 107 cyklů. Materiály pro tyto speciální aplikace budou testovány v režimu velmi vysokocyklové únavy, tedy od 106 do 1010 cyklů. Numerické simulace MKP budou použity pro návrh vzorků, zkoušky proběhnou na ultrazvukovém zkušebním stroji, mechanismy porušování budou zkoumány pomocí skenovacího elektronového mikroskopu.
Účinnost stabilizátorů (antioxidantů) v polymerní matrici je dána nejen jejich chemickou strukturou umožňující reakce s intermediáty oxidační degradace, ale také schopností se v polymerní matrici účinně pohybovat a odolávat vlivům okolního prostředí, které mohou jejich hladinu v polymeru výrazným způsobem snížit. Fyzikální chování stabilizátoru v polymerní matrici má zásadní vliv na jeho stabilizační účinnost. Přítomnost modifikujícího nanočásticového plniva, které již v nízkých hladinách účinně ovlivňuje chování řetězců makromolekul a následně mění fyzikální vlastnosti matrice polymeru svou přítomností ovlivňuje i chování a účinnost stabilizačního systému. Výzkum vlivů přítomnosti a vlastností nanoplniva na chování a funkci jednotlivých skupin polymerních stabilizátorů (procesní, dlouhodobé, UV) v závislosti na chemické struktuře by měl být náplní této disertační práce.
Školitel: Tocháček Jiří, doc. RNDr., CSc.
Samouspořádání má významný vliv na vlastnosti hydrogelů. Tento vliv není v literatuře detailně popsán. Úkolem doktoranda bude zmapovat v literatuře různé mechanismy samouspořádání, které se pozorují u hydrogelů. Vybrané mechanismy budou modelování pomocí molekulární dynamiky. Pomocí modelu se bude analyzovat transformace samouspořádaných strukturních elementů. Bude se zjišťovat, jaký vliv mají jednotlivé struktury na deformační vlastnosti.
Školitel: Žídek Jan, Mgr., Ph.D.
Školitel: Jančář Josef, prof. RNDr., CSc.
Příprava pokročilých keramických materiálů prošla v posledních sto letech vývojem zaměřeným na širokou škálu aplikací. V poslední době se chemická analýza posunula na úroveň, která umožňuje analýzu prvků přítomných v keramické matrici již při velmi malých koncentracích. Přísady nebo nečistoty hrají důležitou roli při návrhu mechanických nebo funkčních vlastností keramických materiálů. Cílem tohoto Ph.D. studia je kvalitativní, kvantitativní a distribuční analýza prvků přidaných nebo přirozeně přítomných ve velmi malých koncentracích v keramickém materiálu. Transmisní elektronová mikroskopie s vysokým rozlišením bude použita pro monitorování přítomnosti dopantů o nízké koncentraci v keramické matrici. Hlavní vědecké zaměření bude na distribuci dopantů v mikrostruktuře po rychlém slinování.
Práce se bude zabývat přípravou složitých keramických dílů s vnitřní strukturou pomocí metody LCM (Lithography-based Ceramic Manufacturing). Výzkum bude zaměřen na přípravu vhodných keramických suspenzí a korelaci technologických podmínek metody LCM s výslednou strukturou a vlastnostmi finálních keramických dílů. Výzkum bude směřován na medicínské aplikace. U keramických podpůrných struktur pro regeneraci kostní tkáně (angl. „bioscaffolds“) připravených z fosforečnanů vápenatých bude optimalizována vnitřní struktura s ohledem na modifikaci pevné keramické struktury anorganickými i organickými polymery.