Bachelor's Thesis

Microporous metal oxides for high charge-injection capacity bioelectronics electrodes

Final Thesis 4.79 MB

Author of thesis: Bc. Nikol Kaděrová

Acad. year: 2024/2025

Supervisor: prof. Eric Daniel Glowacki, Ph.D.

Reviewer: Ing. Tomáš Lednický, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis deals with the utilization of microporous transition metal oxides for the preparation of bioelectronic electrodes with high electrochemical capacitance. Using electrochemical methods, it compares the specific capacitance, transient voltage, and electrochemical impedance of planar and porous aluminum oxide layers, and evaluates their potential applications in biology and medicine.

Keywords:

Anodization, electrochemical capacitance, porous oxides, transition metals

Date of defence

18.06.2025

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Studentka prezentovala výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Ing. Čmiel položil otázku na počítání bloky pórů a detekci plochy pórů. Doc. Kolář položil otázku na časový plán zpracování praktické části. Studentka obhájila bakalářskou práci s výhradami a odpověděla na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Biomedical Technology and Bioinformatics (BPC-BTB)

Composition of Committee

prof. Ing. Martin Černý, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Radim Kolář, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Roman Jakubíček, Ph.D. (člen)
Ing. Kateřina Šabatová (člen)
Ing. Vratislav Čmiel, Ph.D., MBA (člen)
MUDr. Tibor Stračina, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Eric Daniel Glowacki, Ph.D.

Zadání BP bylo po formální stránce splněno: studentka provedla základní literární rešerši, připravila anodizované elektrody, provedla měření jejich elektrochemických vlastností a doplnila je o základní mikroskopickou analýzu. Všechny body zadání byly naplněny, nicméně ve většině případů pouze na minimální možné úrovni. Rozsah práce je formálně dostačující, nicméně prezentační úroveň výsledného textu a obrázků je nízká. Text je nesourodý, obsahuje mnoho obecných frází, které jsou opakovaně používány bez odpovídajícího významu či kontextu. Práci chybí jasné vymezení motivace projektu a výsledky nejsou zasazeny do logické a srozumitelné struktury. Z textu není zřejmé, zda studentka skutečně rozumí významu provedených experimentů a jejich vzájemným souvislostem.

Formální úprava práce splňuje minimální požadavky. Jazyková úroveň kolísá, místy jsou formulace nejednoznačné, některé části působí spíše jako neprovázané výpisky než soudržný technický text. Vyskytují se typografické chyby. Struktura kapitol není vždy logicky uspořádaná, a čtenář má často problém sledovat, jak jednotlivé části práce na sebe navazují. Literární rešerše je povrchní a prokazuje pouze částečné porozumění klíčovým pojmům, např. význam transientního napětí. Nejsou diskutovány žádné skutečné výstupy či trendy z aktuálního výzkumu.

Studentka pracovala na projektu dva semestry. V prvním semestru byla její aktivita v laboratoři velmi dobrá – pravidelně docházela, projevovala iniciativu a aktivně konzultovala plánování experimentů jak se mnou, tak s dalšími členy týmu. O to více kontrastovala její pasivita ve druhém semestru. Přestože jsme se domluvili na pravidelné konzultaci textu práce, k žádné reálné spolupráci nedošlo. Domluvený harmonogram zasílání dílčích částí textu nebyl studentkou dodržen, komunikace byla minimální. Výsledný text práce byl připraven ve krátkém čase před odevzdáním a nese znaky minimálního úsilí.

BP jako celek splňuje minimální požadavky. Zklamáním je výrazný pokles aktivity studentky ve druhé části projektu a nízká úroveň výsledného textu BP. Kvalitní experimentální nasazení v prvním semestru vyvažuje slabý výkon ve druhém, ale nepostačuje k lepšímu hodnocení.

Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 60
Známka navržená vedoucím: D Points proposed by supervisor: 60

Grade proposed by supervisor: D

Reviewer’s report
Ing. Tomáš Lednický, Ph.D.

Bakalářská práce studentky Nikol Kaděrové se zabývá použitím mikroporézních (resp. spíše nanoporézních) materiálů pro bioelektronické elektrody. První kapitola, věnovaná rešerši, se zaměřuje na samotné aplikace elektrod, jejich případnou výrobu, ale také stručně představuje techniky využité v praktické části. Po odborné stránce hodnotím tuto část pozitivně, s malým počtem nedostatků. Textu bych vytkl to, že jednotlivé části na sebe nenavazují, jsou to spíše definice k názvům paragrafů. K závažnějším chybám patří zejména obsahově neodpovídající citace (např. str. 18; str. 19 / cit. 21; str. 21 / cit. 10; str. 24 / cit. 23 a 24; str. 25 / cit. 28 a 29). Dále je třeba upozornit na nesprávný překlad některých odborných termínů, např. „elektrochemická buňka“ (správně článek nebo cela), „ventilové“ kovy (tento termín se v češtině běžně nepoužívá), „zpětná elektroda“ (správně pomocná nebo proti-elektroda).
V praktické části se studentka věnovala přípravě oxidů hliníku pomocí dvou různých elektrolytů při napětích v rozmezí 1 až 110 V a jejich následné analýze (CV, EIS, SEM aj.). Tato část je však poměrně stručná, což se odráží i na jejím rozsahu. Osobně bych v textu uvítal více informací o provedených experimentech – například odůvodnění zvolených parametrů (doba anodizace, napětí, použitý elektrolyt/elektrody při CV/EIS apod.). Z provedených experimentů chybí více srovnávacích reprezentačních CV křivek a grafů EIS (v jakých frekvenčních byli vzorky měřeni/fitovány).  Z jednoduchých analýz bych uvítal snímky SEM neanodizovaného hliníku a také standardní anodizace při 40 V pro účely porovnání. Z hlediska analýzy mi chybí srovnání vrstev před a po injekci náboje, které by umožnilo lépe porovnat změny v elektrodách. Domnívám se, že časový harmonogram praktické části byl značně podceněn. V práci postrádám (ve smyslu zadání) studium širšího spektra anodizačních podmínek – zejména různých dob anodizace a použití dalších elektrolytů (např. H₂SO₄, H₃PO₄) včetně jejich specifických anodizačních oken.
V závěrečné kapitole studentka sice shrnuje výsledky své práce, avšak chybí zde kritické zhodnocení a návrh dalšího výzkumu, jak požaduje zadání.
Prezentační úroveň práce (rozsah, formální úprava, jazyk) hodnotím jako velmi dobrou, s malým počtem nedostatků. Práci s literaturou, vzhledem k chybným citacím a nedostatečnému propojení literatury s praktickou částí, hodnotím tuto část 75 body.
Odbornou úroveň, míru splnění požadavků zadání a potenciální využitelnost výsledků hodnotím jako největší slabinu práce, vhledem na výše uvedené) a hodnotím ji 60 body.
Celkově, s přihlédnutím k vyšší váze praktické části, hodnotím práci 65 body. Topics for thesis defence:
  1. V závěru práce chybí kritické zhodnocení a vize dalšího výzkumu. Můžete kriticky zhodnotit některé nedostatky provedených experimentů nebo navrhnout další experimenty a jejich očekávaný přínos? (např. Proč při CV nebyla použita referenční elektroda? Jaký to má dopad na výsledky měření? Měření velikosti póru by pravděpodobně vyšel stejně pro planární vrstvu. Jsou dané morphologické struktury skutečně póry v porovnaní s literaturou?)
  2. Co jiného může hrát roli ve výsledné kapacitě (EIS) u vrstev se stejnou tloušťkou a povrchem, vytvořených v jiných elektrolytech (<30 V)? Jak prokázat daný efekt?
  3. Jaké jsou limity SEM ve studiu porézních struktur? Jakou jinou metodu byste použili na studium/porovnáni porozity povrchu (dostupnou i na CEITEC VUT)?
  4. V názvu práce je pojem mikroporézní. Použité a zmíněné podmínky jsou standardem pro přípravu nanoporéznich povrchů. Jaké struktury jsou více žádoucí pro dané použití elektrod a proč? (Pokud porovnáme planární oxid o tloušťce např. 20nm a porézní se stejnou tloušťkou bariérové vrstvy ale s 100x vetší plochou porézní části, bude jeho měrná kapacita 100x vetší? Proč ne?)
Points proposed by reviewer: 65

Grade proposed by reviewer: D

File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 46,97 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová