Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
CEITEC VUTZkratka: PNTMTAk. 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 oblasti těchto institucí. Koncepce studijního programu umožňujestudentům 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.
Garant
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
Aplikace spektroskopické reflektometrie na studium mazacích filmů ke stanovení tloušťky mazacího filmu a index lomu ve velmi zatíženém mazaném kontaktu. Hlavním cílem je vývoj fyzikálně korektního přístupu, který umožní získat doplňující informace o vlastnostech mazacího filmu.
Školitel: Křupka Ivan, prof. Ing., Ph.D.
K získání detailní trojrozměrné informace o vnitřní struktuře objektu pomocí rentgenového záření se využívá rentgenová (počítačová) tomografie - CT. 3D informaci získáváme průchodem svazků záření objektem pod různými úhly a matematickým zpracováním získaných rovinných obrazců, tzv. tomografickou rekonstrukcí. Cílem disertační práce je využití této techniky a její vylepšení pro materiálovou analýzu.
Školitel: Kaiser Jozef, prof. Ing., Ph.D.
Rozvoj technologie pro detekci a charakterizaci polovodičových uhlíkových nanotrubiček technikami laserové spektroskopie – fluorescenční spektroskopie a spektroskopie laserem indukovaného plazmatu (LIBS). Důraz bude kladen na vysoké prostorové rozlišení analýzy pro povrchové mapování vzorků.
Školitel: Novotný Jan, Ing., Ph.D.
Nanokompozity obsahující grafenové lístky jsou již dostupné a využívají se pro různé aplikace. Předmětem práce bude využití těchto nanokompositů s grafenem nebo jeho oxidem, charakterizace materiálu z pohledu elektronových dějů se zaměřením na využití v elektronice a senzorice.
Školitel: Hubálek Jaromír, prof. Ing., Ph.D.
Pasivní metody nedestruktivního testování oproti aktivním metodám umožňují dlouhodobé monitorování materiálu či konstrukce v běžném provozu nebo při jejich zatěžování v laboratorních podmínkách. Mezi nejpoužívanější metodu patří akustická emise, kterou začíná v posledním desetiletí doplňovat elektromagnetická emise u vybraných materiálů. Tyto dvě metody nabízejí obrovský potenciál díky své možnosti kvantitativního vyhodnocování, jako je lokalizace a charakterizace emisních zdrojů. Avšak vzhledem k stochastickému charakteru těchto jevů je obecně známé, že problémy automatické lokalizace emisních událostí a identifikace zdroje jsou jedny z nejkritičtějších operací ve vyhodnocování experimentálních dat. Tato práce je zaměřena na charakterizaci degradačních procesů (nehomogenit) u modelového materiálu pomocí akustické a elektromagnetické emise. Jedním z dílčích cílů práce je ve vytvoření zdroje akustické a elektromagnetické emise. Speciální pozornost bude věnována metodice vyhodnocení signálů elektromagnetické a akustické emise a aplikace metod umělé inteligence dosud nepoužitých v této oblasti.
Školitel: Sedlák Petr, doc. Ing., Ph.D.
Studium reologických vlastností tenkého mazacího filmu prostřednictvím přímého pozorování pohybu částic v mazaném kontaktu. Kolorimetrická interferometrie bude užita k monitorování tloušťky mazacího filmu a metody analýzy obrazu budou využity k stanovení trajektorie částic v kontaktu. Kombinace obou dat umožní usuzovat na reologické vlastnosti mazacích filmů.
Membránové aplikace v potravinářství naráží na zásadní problém, kterým je mikrobiální kontaminace. Přestože samotné membrány nemusí být původcem této kontaminace, stávají se v důsledku vysokého povrchu velmi vhodným kandidátem jako nosič bakterií, kvasinek či hub a tím přispívají k jejich dalšímu nežádoucímu množení. Cílem této disertační práce je příprava iontově selektivní membrány s obsahem nanočástic stříbra, které mají velmi vysokou inhibiční schopnost. V rámci práce by měli být ověřeny různé způsoby zakotvení nanočástic stříbra v membránovém kompozitu tak, aby nedocházelo k postupnému vyplavování těchto částic a zároveň, aby byla zachována maximální inhibiční schopnost stříbra. Práce by měla ověřit, zda postačuje aplikace nanostříbra pouze na povrchu anebo je nutná aplikace do celé struktury membránového kompozitu či jen některé z jejích komponent. Součástí práce by měla být jak vlastní charakterizace základních fyzikálních a elektrochemických vlastností membrán důležitých pro vlastní proces elektrodialýzy, tak i hodnocení inhibičních schopností nanostříbra.
Školitel: Drbohlavová Jana, doc. Ing., Ph.D.
a
Školitel: Kalousek Radek, doc. Ing., Ph.D.
Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.
Školitel: Spousta Jiří, prof. RNDr., Ph.D.
Využití kvantitavního fázového zobrazení/měření pro systematickou analýza zobrazované dynamiky projevů buněčné aktivity na úrovni migrace, vnitrobuněčného pohybu a růstu. Identifikace charakteristických zřetězení proměn s přiřazením biologického významu. Kritické vyhodnocení přesnosti měření a stanovení kontrolních/kalibračních procedur pro CCHM, Požadavky: - znalosti z optiky odpovídající univerzitním kurzům - základní schopnost programování nejlépe v prostředí Matlab - znalosti středoškolské biologie buňky
Školitel: Veselý Pavel, MUDr., CSc.
Téma je zaměřeno na výzkum v oblasti numerické rekonstrukce zobrazení v koherencí řízeném holografickém mikroskopu. Cílem práce bude dosáhnout co nejlepší rozlišovací schopnosti mikroskopu a prozkoumat detailně možnosti zobrazování 3D objektů. Předpokládá se využití diskriminačních vlastností světla s nízkou koherencí („koherenční brány“), metod dekonvoluce komplexních polí a numerického přeostřování. Práce bude zaměřena zejména na zobrazování biologických vzorků. Požadavky: - znalosti z optiky odpovídající univerzitním kurzům - základní schopnost programování nejlépe v prostředí Matlab
Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.
Current generation of commercially available energy-conversion, distribution and storage microdevices use micron-scale powders or lithographically prepared materials arrays for fabricating active electrodes, limiting device performance and restricting the choices of device chemistries. As emerging alternative, nanomaterials and nanotechnologies have arisen in the last few decades, and nowadays nanotechnology forms one of the main areas of technological innovation. Accordingly, chemical and physical methods have become the backbone of nanotechnology. The overall objective of this work is to develop formation methods, elucidate the growth mechanisms and explore fundamental and functional properties of novel type of self-organized 2- and 3-D nanostructured films consisting of metals, semiconductors, dielectrics and mixtures, with versatile, tailored morphologies, having creatively synthesized and effectively employed diverse materials boundaries and electrical interfaces, by using a blend of chemical, electrochemical and physical vapour deposition techniques for potential application to supercapacitors, sensors, optical, electro-optical, catalytic and energy-conversion devices.
Školitel: Mozalev Alexander, Dr.
Využití nanočástic v bioanalytických aplikacích jako fluorescenčních sond je nadějné, protože fluorescenční techniky jsou poměrně citlivé. Kvantové tečky (QDs) mají v biologických systémech obrovský potenciál díky jejich využití jako fluorescenčních značek při označování a zobrazování. Je to díky jejich fotostabilitě, která umožnuje dlouhodobé pozorování biomolekul. Cílem této práce je příprava různých fluorescenčních QDs rozpustných ve vodném prostředí za využití nových postupů syntéz realizovaných pomocí refluxu, hydrotermálního zpracování nebo mikrovlnným zářením. Emise syntetizovaných QDs bude měněna v různých částech fluorescenčního spektra v závislosti na použitém materiálu, případně velikosti jádra nebo core/shell struktury. Toxicita QDs hraje primární úlohu, který ovlivňuje jejich biomedicínské využití. Bude tudíž nezbytné vyhodnotit životaschopnosti buněk, jejich morfologii, oxidační stres a poškození DNA a apoptózy. Jako jeden z klíčových kroků při přípravě fluorescenčních sond založených na QDs je jejich konjugace se specifickými molekulami, tudíž bude také intenzivně studován samotný proces konjugace a účinnost značení na vybraných biomolekulách.
Školitel: Pekárková Jana, Ing., Ph.D.
Školitel: Dub Petr, prof. RNDr., CSc.
Rozmach nanotechnologií urychlil vývoj nových metod na depozici TiO2 filmů. Pozornost vědců získaly především nanostrukturované povrchy z oxidu titaničitého. TiO2 nanostruktury zahrnují nanotrubičky, nanotyčinky, nanodráty, nanotečky a rovněž nanoporézní filmy. Tyto struktury mohou být tvořeny jednou nebo dvěma fázemi, obvykle po transformaci z amorfní fáze po vyžíhání. Výhodou nanostrukturovaných povrchů je mohou lepší transport elektronů ve fotokatalytickém filmu a jeho velký aktivní povrch pro adsorpci polutantů. Pro vytvoření samoorganizovaných 3D nanostrukturovaných vrstev oxidu titaničitého s velkou adhezí, mechanickou stabilitou a bez defektů, tedy pro zajištění nižší rekombinační rychlosti fotogenerovaných párů elektron-díra, se jeví jako nejvhodnější metoda anodická oxidace titanové vrstvy. Tato technika je jednoduchá, vysoce reprodukovatelná a nízkonákladová v porovnání s drahými a časově náročnými procesy jako jsou litografie a epitaxní růst nanostruktur. Titanovou vrstvu lze anodizovat přímo nebo s použitím anodického oxidu hlinitého sloužícího jako nanoporézní šablona, kterou lze po vytvoření TiO2 nanostruktur snadno rozpustit selektivním chemickým leptáním. Konvenční TiO2 fotokatalýzu na bázi TiO2 nelze v praxi využít k odstraňování polutantů kvůli nízké absorpci slunečního záření. Pro překonání této bariéry byly navrženy metody zvýšení separační rychlosti fotoindukovaných nosičů náboje a rozšíření absorpční oblasti TiO2. Obvykle lze TiO2 fotokatalýzu ve viditelné oblasti realizovat po doplnění dalších elektronických stavů a zvýšení aktivity lze dosáhnout vytvořením elektronických interakcí mezi TiO2 a modifikujícím materiálem jako jsou barviva, vzácné kovy, polovodiče s úzkým pásem, atd.
Téma je zaměřeno na vývoj numerických metod pro rigorózní simulace šíření elektromagnetických vln v libovolném nehomogenním prostředí. Předpokládá se výzkum metod založených na rozkladu do rovinných vln a/nebo vlastních modů a použití poruchových teorií. Zvolené metody budou aplikovány k modelování rozptylu záření na vybraných biologických vzorcích. Požadavky: - znalosti z teorie elektromagnetického pole a optiky odpovídající universitním kurzům - základní schopnost programování nejlépe v prostředí Matlab.
Školitel: Petráček Jiří, prof. RNDr., Dr.
Senzory plynů založené na jazýčkových rezonátorech realizovaných v technologii mikroelektromechanických systémů (MEMS) patří k poměrně novým principům pro stanovení plynů. Rezonátory realizované technologií MEMS přináší těmto senzorům vyšší citlivosti než je běžně dosahována pomocí jiných principů detekce. Mimo konstrukce rezonátorů hrají důležitou roli i aktivní vrstvy, které mají významný vliv na výslednou citlivost a selektivitu. Vhodnou kombinací technologie výroby a aktivních vrstev tak lze realizovat senzor plynů schopný detekovat vybraný plyn až v ultranízkých koncentracích.
Školitel: Prášek Jan, Ing., Ph.D.
Technika spektrometrie laserem indukovaného mikroplazmatu (LIBS) využívá intenzivní záření vytvořené fokusováním laserového svazku z pulzního laseru na generaci svítící mikroplazmy (z pevných, kapalných nebo plynných vzorků) v ohniskové vzdálenosti fokusující čočky. Složení plasmy odpovídá složení analyzovaného materiálu. Detekční limity metody se pohybují od desítek ppm. Jako příklad z oblastí aplikací LIBS může být uvedena kontrola kvality materiálů a svarů v případě kovových konstrukcí nebo oblast monitorování životního prostředí. LIBS aparaturu lze vybudovat jako mobilní a přizpůsobit ji daným aplikacím. Cílem disertační práce je využití metody LIBS a jejích modifikací pro prvkové mapování různých pevnolátkových vzorků
Materiály s vysokou permitivitou jsou zapotřebí pro nové aplikace, např. v integrovaných obvodech další generace (32 nm) či v kondenzátorech. Ve výrobě kondenzátorů jsou materiály s vysokou permitivitou žádoucí pro dosažení vyšší hustoty energie v kondenzátoru, a tedy ke zmenšování rozměrů. Ve výrobě polovodičových prvků je materiálů s vysokou permitivitou zapotřebí pro zachování hradlové kapacity při zvyšování tloušťky izolační vrstvy, vynuceném nárůstem svodových proudů při jejím ztenčování. Vzhledem k tomu, že hledané materiály s vysokou permitivitou, určené pro použití v křemíkových technologiích, musí být schopny projít jednotlivými výrobními kroky bez poškození, jedná se většinou o oxidy přechodných kovů (ZrO2, HfO2, Al2O3, Y2O3, La2O3, Ta2O5). Navíc musí být tyto materiály na křemíku dlouhodobě stabilní. Analogicky u dielektrik pro kondenzátory se musí jednat o látky schopné snést vypalování, tj. v podstatě o keramické materiály. Zpracování tématu si bude vyžadovat experimentální práce při přípravě vzorků, teoretické studium fyzikálních příčin vysoké permitivity i měření elektrických vlastností vybraných materiálů. K dispozici je vybavení laboratoře dielektrické relaxační spektroskopie na Ústavu fyziky FEKT VUT v Brně s frekvenčním rozsahem cca 10-3 - 109 Hz, včetně héliového kryostatu pro teplotní interval 10 - 500 K a řídícího softwaru.
Školitel: Liedermann Karel, doc. Ing., CSc.
Předmětem výzkumu budou dielektrické vlastnosti nanokompozitů pro elektrické izolace. Tyto materiály jsou založeny na vhodné pryskyřici, nejčastěji epoxidové, v níž jsou rozptýleny společně mikročástice i nanočástice různých oxidů, nejčastěji SiO2, TiO2, ale i Al2O3 či WO3, eventuálně i chemicky složitějších látek. Přítomnost nanočástic o rozměrech řádově 10 - 20 nm příznivě ovlivňuje odolnost nanokompozitů vůči částečným výbojům i vůči elektrickému treeingu, a tím i výšku průrazného napětí i schopnost odolávat degradaci. To pak ve svém důsledku vede k možnosti vyrábět elektrická zařízení (např. vn vypínače) s menšími rozměry a vyšší spolehlivostí. Významným problémem nanokompozitů je přítomnost velkého množství rozhraní v důsledku přítomnosti velkého počtu nanočástic se složitým povrchem (ani kulového ani rovinného tvaru). Tato rozhraní jsou málo stabilní a mohou vést k podstatným změnám elektrických vlastností během stárnutí. Jedním z cílů navrhovaného výzkumu by tedy bylo prostudovat chování nanokompozitů při urychleném stárnutí. Zpracování tématu si bude vyžadovat experimentální práce při přípravě vzorků, teoretické studium souvislostí mezi mikrofyzikální strukturou a elektrickými vlastnostmi i měření elektrických vlastností vybraných materiálů. K dispozici je vybavení laboratoře dielektrické relaxační spektroskopie na Ústavu fyziky FEKT VUT v Brně s frekvenčním rozsahem cca 10^2 - 10^9 Hz, včetně héliového kryostatu Janis CCS-400/204 pro teplotní interval 10 - 500 K a softwaru pro řízení měření. K dalším již zakoupeným, ale dosud nezprovozněným zařízením, která budou pro měření k dispozici, patří analyzátor Novocontrol ALPHA-AT s vysokým rozlišením a s frekvenčním rozsahem 3 Hz - 40 MHz a rovněž infračervený spektrometr Nicolet 8700 s Fourierovou transformací pro interval vlnových čísel 7 400 - 350 cm-1.
Při mechanickém zatěžování elektricky nevodivých pevných látek dochází ke vzniku mikrotrhlin, který je provázen generací elektromagnetického (EME) a akustického (AE) signálu. Tyto signály lze využít pro sledování vznikajících mikrotrhlin, určování některých jejich parametrů, jejich lokalizaci a na základě toho provádět hodnocení míry porušení daného materiálu. Aplikace těchto metod lze využít například v elektrotechnice, strojírenství nebo stavebnictví při diagnostice materiálů a konstrukcí. Cílem práce bude posoudit možnosti určování primárních parametrů vznikajících mikrotrhlin a jejich lokalizace jak v klasických materiálech, tak i v moderních kompozitních materiálech určených pro konstrukční účely. Bude proveden rozbor vzniku a šíření signálů EME a AE ve sledovaných materiálech a vypracovány příslušné modely. Bude navržena a laboratorně ověřena metodika určování vybraných primárních parametrů a lokalizace vznikajících mikrotrhlin využitelná v diagnostice daných materiálů.
Školitel: Koktavý Pavel, prof. Ing., CSc. Ph.D.
Studium chování nanoobjektů v současnosti probíhá na úrovni kvantové fyziky. Vědci stále pracují na pochopení a popisu interakcí v nanosvětě, a proto výzkum v této oblasti patří mezi nejvýznamnější témata, která posunou poznání směrem k využití těchto jevů v různých oblastech a pravděpodobně se stanou základem budoucí pikotechnologie.
Cílem práce je stanovení parametrů pastí v izolační vrstvě struktur HFET/HEMT na základě analýzy jejich šumových charakteristik, zejména šumu typu RTS (random telegraph noise). Experimentální část práce spočívá v měření teplotní závislosti šumu pomocí heliového kryostatu a studiu amplitudy a střední doby zachycení a emise jako funkce intenzity pole a koncentrace nosičů náboje v kanálu. Tyto výsledky pak budou použity pro zpřesnění generačně-rekombinačního modelu vzniku šumu a lokalizaci pastí.
Školitel: Pavelka Jan, doc. Mgr., CSc. Ph.D.
Cílem doktorské disertační práce bude analýza elektronického šumu v monokrystalických vzorcích CdTe a dále v senzorech záření vyrobených na bázi CdTe. Bude studována problematika zdrojů šumu 1/f s přihlédnutím na fluktuace počtu nosičů náboje, nebo jejich pohyblivost. Šumová spektrální hustota je velice silně závislá na teplotě, osvětlení a elektrickém poli. Při experimentálním sledování bude počet volných nosičů náboje řízen elektrickým polem, osvětlením a pracovní teplotou. Experimentální výsledky zdrojů šumů budou interpretovány pro kontakty, povrch a v objem vzorků. Ze závislosti a tvaru spektrální šumové hustoty bude určena střední volná dráha nosičů, energetické hladiny pastí a lokality defektů.
Školitel: Grmela Lubomír, prof. Ing., CSc.
Cílem práce je návrh metodiky pro odhad životnosti superkondenzátorů tak, aby bylo možné dosáhnout garantované provozní doby 10 let pro aplikace v satelitních systémech. Metodika bude založena na: 1) Analýze transportu náboje a závislosti kapacity na napětí a frekvenci pro superkondenzátory s kapacitou 1 až 100 F. 2) Analýze časových závislostí při nabíjení superkondenzátoru ze zdroje konstantního proudu respektive konstantního napětí. 3) Analýze samovybíjení superkondenzátoru. 4) Měření kapacity Helmholtzovy vrstvy a difuzní vrstvy v kondenzátoru.
Školitel: Sedláková Vlasta, doc. Ing., Ph.D.
Studium utváření mazacího filmu mezi třecími povrchy kloubních náhrad se zaměřením na úlohu proteinů při snižování tření a opotřebení. Kolorimetrická interferometrie v kombinaci s fluorescenční mikroskopií bude použita ke stanovení změn v tloušťce mazacího filmu v závislosti na složení bovinního séra, které bude simulovat vlastnosti synoviální tekutiny.
Školitel: Vrbka Martin, prof. Ing., Ph.D.
Školitel: Průša Stanislav, doc. Ing., Ph.D.
Školitel: Varga Peter, prof. Dr., dr. h. c.
Školitel: Kolman Pavel, Ing., Ph.D.
Disertační práce bude cílena na aplikaci pokročilých metod zobrazení biologických objektů pomocí rastrovacích sondových mikroskopů (SPM – AFM, SNOM). Problémem bude fakt, že biomolekuly mohou na rozdíl od uhlíkových nanotrubiček nebo kovových nanočástic, podléhat deformacím při měření. Experimentální práce by měla spočívat v depozici různých biomolekul, jejich zobrazení pomocí AFM a SNOM, analýze experimentálních dat a demonstraci různých možností SPM mikroskopů.
Školitel: Tománek Pavel, prof. RNDr., CSc.
Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.