Bachelor's Thesis

Preparation and characterization of optically active nanorods

Final Thesis 14.15 MB

Author of thesis: Bc. Filip Gaizura

Acad. year: 2023/2024

Supervisor: Ing. Petr Viewegh, Ph.D.

Reviewer: Ing. Petr Liška

Abstract:

This work focuses on the qualitative study of the preparation and optical characterization of CsPbBr3 perovskite nanorods. The first part contains a brief description of
3D, 2D and 0D perovskite nanostructures, and then focuses on the description of the
1D structure - perovskite nanorods, their possible crystal structures, stability, possible preparation methods, optical properties and use in various optoelectronic devices.
The practical part discusses in detail the preparation of CsPbBr3 perovskite nanorods
using colloidal synthesis based on ligand-assisted reprecipitation and chemical division
at room temperature. Furthermore, the synthesized nanorods are analyzed for morphology and their absorption and photoluminescence spectra are measured with the aim
of verifying the dependence of optical properties on the mentioned morphology.

Keywords:

perovskites, nanostructures, nanorods, synthesis, LED, solar cells, photoluminescence, band gap, conductivity, absorption

Date of defence

13.06.2024

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Fotoluminiscenční spektra, tvary píků. Student na otázky odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN-P)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (místopředseda)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Petr Viewegh, Ph.D.

Student Filip Gaizura se chopil u nás na Ústavu fyzikálního inženýrství zcela nového a neprobádaného tématu syntézy perovskitových nanočástic a jejich charakterizace a jsem velmi potěšen, že tento nelehký úkol zvládl výborně. Pracoval velmi systematicky, využíval adekvátní vědecké metody a vědecká využitelnost dosažených výsledků je velmi vysoká. Všechny definované cíle byly splněny a student prokázal velkou míru samostatnosti. Bakalářská práce obsahuje drobné stylistické a formální nedostatky, které lze přičíst prozatímní badatelské nezkušenosti. Na druhou stranu na velmi vysoké úrovni je rešeršní studie včetně práce s odbornou literaturou. Práci proto doporučuji k obhajobě s výslednou známkou A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Petr Liška

Student Filip Gaizura měl za úkol syntetizovat a charakterizovat nanotyčky pokročilých materiálů s využitím v nanofotonice. Přestože se jedná převážně o problém chemického charakteru, student se ho zhostil s nadprůměrnou expertízou a svědomitostí, což je patrno jak z odborné rešerše, tak z experimentální části.

V teoretické části práce se student věnuje extenzivní rešerši syntézy pokročilých nízkodimenzionálních objektů tvořených olovnatými halogenidovými perovskity. Popisuje zde současný stav poznání a velmi pečlivě vysvětluje různé způsoby přípravy perovskitových nanodrátů s jejich výhodami i nevýhodami. Tato část práce má velkou výzkumnou přidanou hodnotu, jelikož se jedná o kvalitu řešerše hodnou recenzované publikace. 

V experimentální části se student vyčerpávajícím způsobem věnuje popisu syntézy, kterému očividně rozumí a je schopný vysvětlovat i fyzikálně-chemické spojitosti při analýze dat. Co se však týče prezentace dat v obrázích, zde mi často chybí popisky či jsou tyto popisky pro čtenáře nečitelné kvůli nízkému rozlišení či malému písmu. V závěru kapitoly je čtenář nadšen a netrpělivě očekává výzkumné závěry, autor však ke čtenářově překvapení nezabředává více do velmi zajímavých podrobností, jako je efekt kvantového uvěznění (ten je sice popsán v teorii na str. 19, ale pak není využita dále rovnice 2.1), závislost Stokesova posuvu absorpčních a emisních spekter (autor o něm mluví jako o lehkém posunu na str. 30) a osobně mi zde chybí graf závislosti emisní vlnové délky emisních spekter v závislosti na velikosti struktur (alespoň průměrné velikosti získané z histogramů na obr. 3.5 společně se směrodatnou odchylkou), popř. na koncentraci roztoku, což je ovšem nepřímo zprostředkováno obrázky 3.11 a 3.12. Uvítal bych i graf závislosti FWHM na koncentraci, který by přímo podpořil studentovu hypotézu, že jsou tyto dvě veličiny na sobě nezávislé. 

Práce má po stylistické, formální a typografické stránce několik vad na kráse, přičemž touto vadou rozhodně není alegorie bači a oveček. Text je často členěn do dlouhých odstavců (alespoň v části teoretické), které délkou často přesahují jednu normostranu textu, což značně ztěžuje její čitelnost. Obrázky mají anglické popisky, což by by tolik nevadilo, kdyby anglické popisky byly ve všech obrázcích, v experimentální části jsou pak některé popisky nečitelné. Typografické chyby, především indexování rovnic, nevhodné zalamování vět pomocí jednopísmenných slov či uprostřed zápisu fyzikálních jednotek a překlepy se pak vyskytují střídmě, ale je škoda, že nejsou eliminovány zcela.

Studentovi bych doporučil v dalších textech více dbát na stylistiku práce a grafickou úpravu obrázků, které jsou zásadní při prezentaci vědeckých výsledků v odborné komunitě. Obsahově je práce z velké části nadprůměrná, chybí ji však v závěru kvalitnější zpracování získaných výsledků. Práci doporučuji komisi k obhajobě a navrhuji známku B, velmi dobře. Pokud však student v obhajově doplní grafy výše zmiňovaných závislostí, má, dle mého názoru, práce potenciál být obhájena se známkou A, výborně. 
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. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. 1. V experimentální části se setkáváme s pojmem kvantového uvěznění a jeho vlivu na emisní spektrum perovskitových nanostruktur. Mohl byste tento jev krátce popsat pro případ jednodimenzionální potenciálové jámy a dále na tomto příkladu ukázat analogii s nanodrátem? Pozn. zajímá mě závislost energie jednotlivých hladin v závislosti na šířce jámy a pouze grafická analogie s energiovými hladinami v nanodrátu.
  2. 2. Na straně 30 své práce uvádíte ve spojitosti s obrázkem 3.11, že absorpční spektra jsou vůči emisním spektrům "lehce" posunutá. Zřejmě máte na mysli Stokesův posuv absorpční a emisní čáry. Mohl byste, prosím, tento jev v krátkosti popsat? Popřípadě se zde odkázat na dostupnou literaturu a porovnat vámi dosažené výsledky?
  3. 3. V práci na str. 19 popisujete schopnost perovskitových nanokrystalů dvoufotonové absorpce, dále však tento pojem v textu nerozvádíte. Pokud byste použil pro excitaci fotoluminiscence řekněme světlo o vlnové délce 1064 nm, lišily by se dané výsledky od vámi dosažených? Zkuste uvažovat jak by vypadalo nejenom vzniklé spektrum, ale také jaké by bylo prostorové rozlišení této metody.

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová