Bachelor's Thesis

Preparation of Structured Tungsten Surfaces

Final Thesis 2.69 MB

Author of thesis: Lukáš Navrátil

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis presents the design and fabrication of structured tungsten surfaces for multi-tip emitter arrays of liquid metal ion thrusters. The theoretical section explains the primary technical and physical principles of electrostatic ion acceleration. The experimental part describes the production of a structured array using two-photon 3D lithography technology,
the preparation of polymer model replicas, and the deposition of a tungsten layer using ion assisted deposition in a Kaufman source. The obtained results are analyzed via scanning electron microscopy and focused ion beam to determine the morphology and thickness of the deposited layer.

Keywords:

tungsten, liquid ion source, two-photon 3D printing, deposition, CubeSat.

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: - výraz pro tah motoru - hmotnostní průtok Student na otázky odpověděl. Hodnocení obhajovy zohledňuje posudky práce.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D. (předseda)
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Miroslav Černý, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Bábor, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jakub Zlámal, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.

Student Lukáš Navrátil se ve své bakalářské práci zabýval přípravou polem wolframových nanostruktur vhodných jako trysky multisvazkového  kapalnového iontového  zdroje pro aplikace v iontovém pohonu. V rámci práce se věnoval experimentální přípravě a základní charakterizaci těchto struktur.

Student pracoval samostatně a systematicky, prokázal schopnost orientace v řešené problematice i zvládnutí praktických úkolů spojených s přípravou nanostruktur. Slabší stránkou práce bylo zpracování výsledků, logické uspořádání textu a formální náležitosti, kde se vyskytly nedostatky.

Celkově lze konstatovat, že student splnil cíle práce na odpovídající úrovni  proto jej  hodnotím pismenkem  B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené 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 C
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Předložená práce je zaměřena na aktuální téma, je přehledně uspořádaná a splnila všechny stanovené cíle. Vývoj vysoce účinných iontových pohonů na tekuté kovy a iontové kapaliny je perspektivní.

Po jazykové stránce je text na dobré úrovni, občas se vyskytují termíny a slova, která by se jistě dala nahradit výstižnějšími ekvivalenty. Některé věty a souvětí jsou zbytečně komplikované a ubírají textu na srozumitelnosti.

S6 … pomalou postupnou a dlouho trvající akceleraci.
S12 … se nachází pod vysokým kladným napětím.
S25 Pozorováním bylo dospěno …
S36 – Vzniklý otvor se však nachází v části vzorku, která neobsahuje studované struktury a ačkoli došlo vlivem částečného uvolnění pnutí v některých oblastech vzorku a tím ke zvlnění a popraskání souvislé wolframové vrstvy (obr. 6.3 b), došlo k poškození pouze jednotek kuželů.
S40 – … ultravysokorozlišovací rastrovací elektronový mikroskop.

Navíc se v teoretické části pravděpodobně v důsledku nadměrné fragmentace do podkapitol některé informace a části textu začínají opakovat. Vysvětlivky pod čarou často obsahují zásadní informace, které by měly být začleněny do hlavního textu.

Cíle práce byly splněny v plném rozsahu, včetně dvoufotonového tisku, depozice wolframové vrstvy, její úpravy a zobrazení polí hrotů. Kladně hodnotím využití SEM mikroskopie pro zobrazení fabrikovaných kuželů s emitory.

V úhrnu hodnotím předloženou práci jako dobrou (stupněm C) a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. 1) Na straně 14 uvádíte tvrzení podle zdroje [1], že použití Kr vyžaduje o 25% vyšší elektrický příkon pro stejný tah než při použití Xe. Můžete toto tvrzení komentovat?
  2. 2) Při definování specifického inpulzu se operuje s tíhovým zrychlením; jde v tomto případě o konstantu nebo proměnnou vzhledem k plánované vzdálenosti od zemského povrchu?
  3. 3) Vysvětlete, prosím, rychlost tisku 0,5 – 5 m/s uvedenou na straně 24. O jakou rychlost jde?
  4. 4) Neobvyklé dlouhé intervaly použití naprašování v Kaufmanově zdroji vedly k tepelné degradaci vzorků. Jaký byl důvod k prodlužování těchto depozic? Nelze tloušťku fóliové vrstvy zvýšit jinou metodou, například elektrochemickou?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová