Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
CEITEC VUTZkratka: PMAk. rok: 2014/2015
Program: Pokročilé materiály a nanovědy
Délka studia: 4 roky
Profil
Student absolvováním studia získá dostatečné odborné znalosti a dovednosti potřebné pro řešení různorodých vědeckých problémů výzkumných a vývojových institucí a průmyslové praxi. Absolvent bude schopen na potřebné úrovni aplikovat pro další rozvoj oboru na pracovištích svého dalšího působení (akademických a vědeckých institucích a institucích realizační oblasti) a přispět ke zlepšování konkurenceschopnosti výstupů výzkumné a aplikační oblati těchto institucí. Koncepce studijního programu umožňuje studentům získat dostatečné kompetence pro spolupráci v národních a mezinárodních vývojových, konstrukčních a vědecko-výzkumných týmech. Absolvent tohoto oboru získá solidní schopnosti a dovednosti působit ve vědeckých a výzkumných centrech nejenom v České republice, ale i v zahraničí.
Vstupní požadavky
http://www.ceitec.vutbr.cz/en/students/admission
Garant
prof. RNDr. Jaroslav Cihlář, CSc.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
This PhD study programme, in collaboration with the Materials for Sensors Group, will investigate novel methods for the manufacture of complex electroceramic structures for new sensor devices. Possible material configurations will include monolithic, composite and thick films.
Školitel: Button Timothy William, prof., Ph.D.
Inženýrské konstrukce obsahují řadu koncentrátorů napětí singulárního charakteru. Mezi nejčastější patří například tzv. v-vruby. Další hojnou skupinu singulárních koncentrátorů napětí reprezentují místa spojení dvou materiálů, ať již se jedná např. o povrchové vrstvy či kompozitní materiály. Takových příkladů existuje více. Společným rysem jmenovaných singulárních koncentrátorů napětí je, že exponent singularity napětí je v tomto případě, na rozdíl od trhliny, různý od 0.5, a nelze tak využít klasických postupů lomové mechaniky. Cílem disertační práce je využít postupů zobecněné lineárně elastické lomové mechaniky ke stanovení počátku a způsobu šíření trhliny z obecného singulárního koncentrátoru napětí. Z aplikačního pohledu budou odvozené postupy využity např. v materiálové oblasti ke stanovení způsobu porušení vrstevnatých materiálů, v konstrukční oblasti ke stanovení počátku šíření trhliny z ostrého v-vrubu či ke stanovení vlivu volného povrchu součásti na šíření únavové trhliny. K nezbytným numerickým výpočtům bude využit MKP systém Ansys a matematický software Matlab.
Školitel: Náhlík Luboš, prof. Ing., Ph.D.
The aim of the project is to find necessary parameters for a visual telepresence device for faithful visual telepresence and enhanced reality for medical applications, and propose and validate physiotherapeutic procedures that would use these techniques to improve the quality of rehabilitation and its quality assessment. It is supposed that stereovision, thermal imaging, resp. 3D scanning will be used. Visual telepresence is a technique, where image is transmitted to the operator so he/she should feel to be in the place where the camera system is. Enhanced reality adds other “artificial” data, e.g. thermal data, artificial objects, other measured data, to this image. The research will be utilised in medical rehabilitation or mobile robotics.
Školitel: Žalud Luděk, prof. Ing., Ph.D.
Disertační práce bude zaměřena na studium biokeramických materiálů se strukturou a mechanickými vlastnostmi blízkými vlastnostem plochých a dlouhých kostí. Hlavním cílem práce bude příprava biokeramických kompozitů modelujícími porézní a hutné struktury lidských kostí a studium vztahů mezi syntézou, strukturou, morfologií biokeramických kompozitů a jejich fyzikálními a biochemickými vlastnostmi. Práce se bude především zaměřena na funkčně gradientní nanostrukturní kompozity typu t-ZrO2/Ca-fosforečnany. Vedle technologické problematiky (syntéza kompozitních keramických nanočástic, tvarování, slinování a obrábění biokeramických kompozitů) bude studována struktura biokeramických kompozitů, mechanické vlastnosti a vlastnosti biologické (bioaktivita a biokompatibilita).
Školitel: Cihlář Jaroslav, prof. RNDr., CSc.
Cílem disertační práce bude studium vlastností keramických materiálů pro vysokoteplotní palivové články pomocí elektrických a elektrofyzikálních metod. Především se bude jednat o metody impedanční spektroskopie, cyklické voltametrie či měření zatěžovacích charakteristik palivových článků v závislosti na pracovní tepltotě. Využita může být také metoda nelineární impedanční spektroskopie, umožňující popis vodivostních mechanismů.
Školitel: Novák Vítězslav, doc. Ing., Ph.D.
Disertační práce bude zaměřena na výzkum termodynamiky a kinetiky elektrochemických dějů probíhajících v nevodných disperzích anorganických nanočástic. Práce bude zaměřena zejména na syntézy anorganických a kompozitních nanočástic, na studium elektrokinetického chování nevodných disperzí nanočástic a jejich reologických vlastností. Disertace přinese nové vědecké poznatky o kinetice a mechanismech stabilizace anorganických nanočástic v nevodných disperzích v přítomnosti elektrosterických stabilizátorů, které budou využity při návrhu stabilních anorganických inkoustů pro tisk keramických vrstev a pro elektroforetickou depozici nanostrukturních keramických materiálů .
Piezoelectric materials are key components in a wide range of sensor, actuator and transducer devices. The aim of this PhD study is to investigate the introduction of lead-free piezoelectric materials into devices at the micro-scale, using fabrication processes based on photolithography and micro-moulding.
Study of the cyclic plastic response, fatigue resistance and mechanisms of fatigue damage in materials used for demanding installations working in high temperature environment. Advanced austenitic steel type Sanicro 25 designed for high temperature will be the basic material of the study.. Principal attention will be concentrated to complex evaluation of the material subjected to variable loading with time control of the strain or stress. In addition to the standard low cycle fatigue test the attention will be devoted to the effect of the dwells in a cycle, to thermomechanical fatigue and biaxial fatigue at elevated temperatures. The aim of the work is the study of mechanisms underlying the high resistance of materials and mechanisms of their damage during various types of loading.
Školitel: Polák Jaroslav, prof. RNDr., DrSc.
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.
For detailed info please contact the supervisor.
Školitel: Jančář Josef, prof. RNDr., CSc.
The new heat-resisting Ni-based alloy MAR –M247 is started to be considered as an advanced material available for precision cast components for example in aerospace industry. The aim of PhD thesis is to explain the high-temperature creep behaviour of a MAR –M247 alloy by the determination of creep mechanisms, which control the creep deformation and fracture. The identification of relevant mechanisms will be performed by an activation analysis of creep data and microstructure investigation using SEM and TEM.
Školitel: Kvapilová Marie, Mgr., Ph.D.
Díky stále většímu podílu polymerních materiálů určených pro dlouhodobé aplikace je proces pomalého růstu creepové trhliny jedním z významných výzkumných témat. Proto hlavním cílem této práce je relevatní popis šíření creepové trhliny v polymerních materiálech při komplexním mechanickém namáhání s uvážením residuálních napětí. Creepová trhlina je popsána lomovými parametry a na základě numerického výpočtu je určena zbytková životnost polymerní součásti. Výsledky numerických simulací budou v projektu konfrontovány s experimentálními daty v rámci spolupráce s Polymer Competence Center Leoben (PCCL).
Školitel: Hutař Pavel, prof. Ing., Ph.D.
Většinou se únavové šíření trhliny popisují pomocí Parisova-Erdoganova vztahu mezi rychlostí šíření únavové trhliny a faktorem intenzity napětí. V případě krátkých trhlin se tento popis nedá použít, protože vliv plasticity, mikrostruktury a třeba volného povrchu, které běžně Parisův-Erdoganův vztahu nezahrnuje je poměrně velký. Cílem práce je na základě kombinace numerického modelování v softwaru ANSYS a vlastních experimentálních dat najít možnosti popisu krátkých únavových trhlin pomocí vhodných lomových parametrů a odseparovat od sebe jednotlivé vlivy.
Disertační práce bude zaměřena na studium biologických a biochemických interakcí biokeramických materiálů s kostními tkáněmi s cílem zvýšit biologickou kompatibilitu kostních buněk s biokeramickými povrchy a případně získat tkáňové biokeramické kompozity s dlouhou dobou života biologické tkáňové komponenty. Prvním krokem práce bude příprava a studium biokeramických kompozitů s vysokou biokompatibilitou a bioaktivitou obsahujících mechanicky odolný keramický skelet a biologicky aktivní fosfátovou komponentu. Druhým krokem bude studium růstu kostních buněčných struktur na povrchu biokeramického skeletu in vitro. Disertace přinese nové vědecké poznatky o interakci funkčně gradientních biokeramických materiálů a jejich bioaktivních povrchů s modelovými kostními tkáňovými kulturami.
Téma doktorského studia je zaměřeno na tvarování a konsolidaci nanokeramických oxidových částic. Hlavním úkolem doktoranda bude studium přípravy objemové keramiky z keramických prášků o velikostí částic menší než 100 nm pomocí koloidních tvarovacích metod. Předmětem výzkumu budou především metody přímé konsolidace keramických prášků. Společným problémem těchto metod je příprava stabilní koncentrované suspenze nanočástic s vhodnou viskozitou. Řešení tohoto problému předpokládá zvládnutí a využití poznatků koloidní chemie a reologie keramických suspenzí.
Školitel: Trunec Martin, prof. Ing., Dr.
Cílem disertační práce bude studium katalytických systémů na bázi kompozitních oxidů přechodných kovů zejména s perovskitovou (brownmilleritovou nebo spinelovou strukturou) z hlediska jejich syntézy, struktury a katalytické aktivity. Úvodním cílem práce bude studium syntézy vícesložkových katalytických systémů a studium jejich povrchů a povrchových defektů. Hlavním cílem práce bude studium kinetiky a mechanismu redoxních reakcí spojených se syntézou vodíku. Disertace přinese nové vědecké poznatky o kinetice a mechanismech heterogenní katalýzy na vícesložkových nanočásticových katalyzátorech, které především umožní design nových heterogenních katalyzátorů reformačních reakcí nízkých uhlovodíků a jejich derivátů na vodík s vysokou účinností.
The aim of this PhD project is to manufacture and characterise lead-free piezoceramic devices based on BiNaTiO3 and compare the properties and performance with those of standard lead-based materials. A wide range of fabrication and characterisation techniques will be used. The study is part of an international collaboration.
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.
Cílem disertační práce bude studium redukovatelných kompozitních oxidů přechodných kovů s defektní perovskitovou nebo spinelovou strukturou z hlediska stability jejich fázového a chemického složení při opakovaných redoxních dějích. Práce bude zaměřena na syntézu oxidových nanočástic a jejich (kationtového a aniontového) dopování, na studium jejich struktury. Hlavní část práce se bude týkat studia cyklické oxidace a redukce oxidových nanočástic, studia povrchových defektů a mechanismu jejich vzniku, lokalizování aktivních center pro heterogenní katalýzu a testování jejich aktivity na modelových reakcích. Disertace přinese nové vědecké poznatky o molekulární struktuře redukovatelných kompozitních oxidů a o kinetice a mechanismech redoxních dějů na jejich povrchu.
The aim of this project is to elucidate the relationships between processing conditions, structural parameters and piezoelectric properties of Pb(ZrTi)O3-based ceramics for industrial applications. This PhD study will involve close collaboration with an industrial organisation.
Práce bude zaměřena na modelování šíření trhliny v materiálech typu NiTi, které se vyznačují tvarovou pamětí. Důležitou součástí budou modely procesů, které podmiňují odpor proti šíření trhlin, jako jsou skluzové mechanizmy plastické deformace, deformačně indukovaná fázová transformace a dvojčatění.
Školitel: Šandera Pavel, prof. RNDr., CSc.
The aim of the work is to optimise 3D print technologies to calculate and guarantee the parameters of the resulting 3D print material. It is supposed that 3D scanning of the print during the print process and thermal imaging will be used. The key problem will be creation of a complex model of the 3D print object, including mechanical parameters and thermal propagation. This model will be used for feedback control of the printing process, as well as for resulting material parameters’ estimation.
Vibration-based energy harvesters utilising piezoelectric ceramics are promising candidates for powering autonomous sensor systems and networks. The aim of this project is to investigate, design and develop processing methods for the manufacture of piezoelectric devices for energy harvesting applications. This will include the optimisation of material properties and characterisation of the new devices. The project will be joint with the Materials for Sensors group.
Cílem práce je syntéza vícesložkových anorganických (keramických) nanočástic s cílem modifikace jejich bioaktívních vlastností. Bude studována modifikace morfologie, fázového a chemického složení a makrostruktury částic na jejich bioaktívní vlastnosti. Předpokládá se, že bioaktivita bude studována interakcí s buněčnými kulturami.
Školitel: Částková Klára, doc. Ing., Ph.D.
Sestavení modelu vzorku s trhlinou v programovém prostředí ANSYS zatíženého ve smykových módech. Analýza výsledků elasto-plastického řešení pole napětí a deformací v okolí čela trhliny. Výpočty budou provedeny pro různé případy geometrie čela trhlin, které nebyly podle dostupných literárních pramenů řešeny. Výsledky umožní posoudit stabilitu a chování únavové trhliny při smykovém namáhání.
Školitel: Horníková Jana, doc. Ing., Ph.D.
Příprava a charakterizace modifikovaných polysacharidových hydrogelů pro medicínské aplikace
Školitel: Vojtová Lucy, doc. Ing., Ph.D.
Navrhované téma disertační práce je zaměřeno do jedné z oblastí nových přístupů vývoje plazmatem nanášených tepelných bariér. V práci bude řešena problematika návrhu a optimalizace technologie přípravy amorfních a nanokrystalických ZrO2-Al2O3-SiO2 + CoNiCrAlY funkčně gradientních povlakových systémů nanášených plazmatem v kombinaci s navazujícím tepelným zpracováním na povrch niklové superslitiny Inconel 713 LC nové generace a jejich strukturní stabilita za stálých a proměnlivých podmínek aplikovaných tepelných cyklů. Výsledky práce budou porovnány s v současnosti využívanými tepelnými bariérami na bázi ZrO2-Y2O3 + CoNiCrAlY připravovanými rovněž nástřikem plazmatu z pohledu strukturní stability testované za stejných či porovnatelných podmínek.
Školitel: Švejcar Jiří, prof. Ing., CSc.
Navrhované téma disertační práce je zaměřeno do oblasti nového přístupu výzkumu a vývoje plazmatem nanášených tepelných bariér pro letecký průmysl. V práci bude řešena problematika návrhu a optimalizace technologie přípravy amorfních a nanokrystalických kompozitních Al2O3-ZrO2-SiO2 + ZrO2-Y2O3 / CoNiCrAlY funkčně gradientních povlakových systémů nanášených plazmatem v kombinaci s navazujícím tepelným zpracováním na povrch niklové superslitiny Inconel 713 LC nové generace a jejich strukturní stabilita za stálých a proměnlivých podmínek aplikovaných tepelných cyklů. Výsledky práce budou porovnány s v současnosti využívanými ZrO2-Y2O3 / CoNiCrAlY a vyvíjenými nanokrystalickými Al2O3-ZrO2-SiO2 / CoNiCrAlY tepelnými bariérami připravovanými rovněž nástřikem plazmatu z pohledu strukturní stability testované za stejných či porovnatelných podmínek.
Školitel: Čelko Ladislav, doc. Ing., Ph.D.
Existující strukturní materiály se blíží ke svým limitům a jednou z hlavní vědeckých výzev 21. století je vývoj nových, pevnějších a houževnatějších strukturních materiálů s nízkou hmotností. Jedním z přístupů k této výzvě je design nových strukturních materiálů pomocí kopírování struktury přírodních materiálů. Naší snahou bude napodobit mechanizmus přírodního zhouževnatění pomocí kombinace polymerů a pokročilé keramiky připravené metodou ice-templating. Cílem tohoto Ph.D. studia bude zvládnout metodu ice-templating pro přípravu hybridních keramických materiálů. Tato nová technika má být upravena pro relativně velké vzorky ve srovnání se současnými možnostmi. Očekávané výsledky posunou dále vývoj nových materiálů přímo navržených pro specifické aplikace.
Školitel: Salamon David, doc. Ing., Ph.D.
Plastic deformation of metals crystallizing in the body-centered cubic (bcc) structure, e.g. Mo, W, Nb, Ta, V, Fe, is very different from that of close-packed materials such as Cu, Al or Ni. To understand the plastic flow these materials within a wide range of temperatures and loading conditions, it is necessary to formulate a thermodynamic model of slip in bcc metals that is parametrized using the results of atomistic simulations. The currently available models do not take into account the following essential facts: (i) dependence of the dislocation energy on its orientation, (ii) significantly different mobility of edge and screw segments of the dislocation line, (iii) dependence of the Peierls barrier on the external stress, and (iv) curvilinear dislocation path connecting two stable positions in the lattice. The missing details (i)-(iii) will be obtained from atomistic simulations using semiempirical potentials such as BOP (Bond Order Potential). The solution of the problem (iv) will be accomplished using geometrical models that follow from the displacements of atoms in the neighborhood of the dislocation line.
Školitel: Gröger Roman, doc. Ing., Ph.D. et Ph.D.
The localization of the cyclic plastic strain in persistent slip bands (PSBs) is a typical and very important feature in fatigue damage process of crystalline materials leading to the evolution of surface relief consisting of extrusions and intrusions and subsequently to transcrystalline fatigue crack initiation. The aim of the study will be experimental examination of (i) surface relief evolution during cycling at different temperatures, (ii) the PSB slip activity in half- and full loading cycle within individual grains of a polycrystal and its evolution during fatigue life and (iii) dislocation structures of PSBs and surrounding matrix. High-resolution techniques – scanning electron microscopy (SEM–FEG), atomic force microscopy (AFM) simultaneously with electron backscattering diffraction (EBSD) method and in situ fatigue tests within a SEM–FEG chamber will be adopted for two polycrystalline metals – 316L austenitic stainless steel and copper. Early stages of evolution of dislocation structures of PSBs will be studied using transmission electron microscopy (TEM) and electron channelling contrast imaging (ECCI). Experimental data on the half- and full cycle slip activity as well as the local shear strain amplitudes and their distribution in PSBs will be obtained. Quantitative data on the kinetics of extrusion and intrusion growth at various temperatures allows checking of theoretical models of surface relief formation and fatigue crack initiation and elucidation of the role of point defects in these processes. Experimental results obtained advance our understanding of fundamental micromechanisms of fatigue crack initiation.
Školitel: Man Jiří, Ing., Ph.D.
Práce bude zaměřena na experimentální stanovení meze únavy, rychlosti růstu a prahové hodnoty únavových trhlin v materiálech NiTi s tvarovou pamětí při zatěžování v tahu-tlaku, krutu a jejich kombinaci za pokojové teploty. Únavové experimenty budou prováděny na multiaxiálním servohydraulickém pulsátoru Industar-M. Místa iniciace trhlin a mikrotrajektorie šíření trhlin budou studovány na lomových površích v ŘEM metodou stereofotogrammetrie.
Školitel: Pokluda Jaroslav, prof. RNDr., CSc.
Práce je zaměřena na studium fotoaktivních vlastností keramických materiálů s využitím metod impedanční a fotoimpedanční spektroskopie. Tyto metody umožňuji detailní popis pracovních mechanismů a následnou optimalizaci složení zkoumaných materiálů.
The project is concerned with a systematic study of the influence of processing conditions on the physical, structural, microstructural and piezoelectric properties of material compositions in the barium zirconium titanate – barium calcium titanate solid solution system. The aim will be to identify candidate materials which could be adopted as environmentally friendly replacements for current piezoelectric materials based on lead zirconate titanate.
Téma doktorské práce je zaměřeno na studium chování tepelných bariér při termomechanickém cyklickém namáhání. Pro studium, metalografické a frakrografické hodnocení bude také využito dostupných metod používaných v současném materiálovém inženýrství.
Školitel: Podrábský Tomáš, prof. Ing., CSc.
For detailed info please contact the supervisor
Hlavním cílem disertační práce bude optimalizace mikrostruktury pokročilých keramických materiálů správnou volbou slinovacího režimu. Různé metody slinování (konvenční slinování a nekonvenční slinování jako Spark Plasma Sintering, Microwave Sintering, Hot Isostatic Pressing atd.) budou studovány a porovnávány s cílem najít nejvhodnější postup přípravy keramických materiálů s optimalizovanou mikrostrukturou, a z toho plynoucími zlepšenými strukturními a funkčními vlastnostmi.
Školitel: Maca Karel, prof. RNDr., Dr.
Study of selective ceramic nanoparticles linking by photopolymer composition for ceramic prototypes manufacturing on special 3D printer (Lithography based Ceramic Manufacturing). The photochemical processes of photopolymer crosslinking initialised by UV light will be studied. This photochemical reactions leads to selective connections of nanoparticles to patterned ceramic layers or 3D ceramic body. The physical and chemical properties of prepared ceramic layers will be studied.
Školitel: Veselý Michal, prof. Ing., CSc.