Bachelor's Thesis

Analysis of one-dimensional structures using Kelvin Probe Force Microscopy

Final Thesis 5.74 MB

Author of thesis: Ing. Martin Kovařík, Ph.D.

Acad. year: 2016/2017

Supervisor: prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the use of Kelvin probe force microscopy (KPFM) for analysis of 1D nanostructures,  namely germanium nanowires and tungsten disulfide (WS2) nanotubes. First part of this thesis is dedicated to the possibility of gold nanoparticles detection on germanium nanowires and also to the analysis of relevance of the KPFM method to measurements performed at various humidity. Second part deals with the measurement of surface potential changes on WS2 nanotubes induced by interaction with light. We have concluded, that relative surface potential changes can be measured at various humidity. This conclusion is also applied to study the interaction of WS2 nanotubes with monochromatic light. The experiment has revealed, that when exposed to light with defined wavelength, nanotubes coated with gold nanoparticles show opposite surface-potential changes as compared to pristine nanotubes, which indicates different physical processes under way.

Keywords:

Kelvin probe force microscopy, KPFM, nanowires, nanotubes, gold nanoparticles, tungsten disulfide, WS2

Date of defence

09.06.2017

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3A-P)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Martin Kovařík začal na tématu bakalářské práce pracovat již ve druhém ročníku, velmi brzy se osamostatnil a zvládl poměrně obtížnou techniku Kelvinovy silové mikroskopie. Byl schopen realizovat měření navrhovaná vedoucím, dařilo se mu získaná data fyzikálně interpretovat. Text předložené bakalářské práce jsem nebyl nucen výrazně korigovat, jedná se dle mého názoru o práci výrazně nadprůměrné úrovně, kterou hodnotím stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Cílem práce bylo naučit se používat KPFM a měřit povrchový potenciál Ge nanodrátů a WS2 nanotrubic, což bylo splněno. V případě Ge nanodratů, byla sledována odlišnost potenciálu od Si substrátu a segregovaných Au nanočástic a také zlepšení kontrastu snížením relativní vlhkosti. V případě WS2 nanotrubic byla pozorována změna potenciálu vlivem osvětlení laserovým svazkem. Závěry z měření jsou prezentovány stručně a jasně.

K práci mám pouze následující připomínky:
(1) V popisu experimentu by bylo vhodné uvést bližší údaje o materiálu hrotu, především krycí vrstvě, neboť KPFM snímá kontaktní rozdíl potenciálů, vzorku a hrotu.
(2) Z důvodů hlubší analýzy výsledků by bylo vhodné prostřednictvím rešerše porovnat výstupní práce zkoumaných materiálů a diskutovat se získanými výsledky.
(3) Tvrzení, že v případě WS2 nanotrubic pokrytých zlatem (obrázek 4.5) došlo ke „zvětšení potenciálového rozdílu“ je vzhledem ke značnému překryvu chybových úseček odvážné a uvítal bych alespoň přibližný odhad pravděpodobnosti, se kterou je takové tvrzení správné.
(4) Kapitola 3.2. působí nadbytečně, vzhledem k tomu, že měření nakontaktovaných nanodrátů, nebylo prováděno.

Celkově je však práce na velmi vysoké úrovni a hodnotím ji stupněm A.


Otázka k obhajobě:

Jak je Váš fyzikální názor na měření v obrázku 3.8., kdy se rozdíl potenciálu Au nanočástic a substrátu s rostoucí relativní vlhkostí nemění?
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová