Bachelor's Thesis

Observation of surface changes with an AFM atomic force microscope

Final Thesis 4 MB

Author of thesis: Jan Zemene

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Petr Bača, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jiří Libich, Ph.D.

Abstract:

The bachelor's thesis is focused on the issue of observation of a lead acid battery electrode by atomic force microscopy (AFM). The thesis contains an introduction to the issue of lead acid batteries, methods of observation using SPM, and a summary of existing works dealing with similar issues. Furthermore, observation of a lead electrode in air and in the environment of distilled water without the action of electrical potential is performed. Subsequently, the battery cell is cycled and observed in active mode.

Keywords:

Atomic force microscopy (AFM), lead acid battery, in–situ observation, EC–AFM

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s cíli a řešením závěrečné vysokoškolské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics and Technology (BPC-MET)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Bača, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Vyroubal, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ladislav Chladil, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jan Leuchter, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Šedina (člen)
Ing. Radek Bilko, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Petr Bača, Ph.D.

Student Jan Zemene se ve své práci zabývá možnostmi in situ AFM pozorování povrchů elektrod akumulátorů v jejich nativním prostředí za různých provozních podmínek. AFM mikroskopie skýtá pro elektrochemické zdroje unikátní možnosti, neboť jako jedna z mála metod umožňuje přímé pozorování změn povrchu elektrod v jejich přirozeném prostředí.

Student zpracoval bakalářskou práci v rozsahu 68 stran včetně všech příloh. Práci rozčlenil do dvou základních částí. Teoretická část popisuje problematiku jednotlivých typů mikroskopií využívajících rastrovací sondu (SPM, STM, NSOM, AFM), možnost využití různých kontaktních režimů provozu, jejich výhod, nevýhod a omezení. Student se zde věnuje také cyklické voltametrii – elektrochemické analytické metodě používané při studiu mechanismů redoxních reakcí. Součástí teoretické části je i rešerše publikovaných článků, které používaly AFM k pozorování povrchů elektrod olověných akumulátorů. Praktická část popisuje experimentální pracoviště, návrh i praktické provedení experimentů a vyhodnocení získaných dat. Kvůli technickým problémům musel student experimenty i jejich vyhodnocení opakovat, což na něj kladlo zvýšenou časovou zátěž.

Požadavky zadání student splnil v plném rozsahu, v práci postupoval se zájmem o zpracovávanou problematiku, k řešení problémů přistupoval zcela samostatně a s potřebnou iniciativou. Práce je sepsána pečlivě a přehledně, její vnější úprava a grafické zpracování jsou na dobré úrovni. Odborná úroveň odpovídá znalostem získaným v daném oboru. 

Předložená práce a její zpracování splňují všechny požadavky kladené na bakalářskou práci. Práci doporučuji k obhajobě. Points proposed by supervisor: 91

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jiří Libich, Ph.D.

Posudek bakalářské práce

Téma bakalářské práce: Pozorování změn povrchů elektrod mikroskopem atomárních sil AFM

Bakalářskou práci vypracoval: Jan Zemene

Práce je zaměřena na využití techniky AFM k pozorování elektrochemických dějů na povrchu olověné elektrody. Zadání bakalářské práce hodnotím jako aktuální a přínosné.

Teoretická část práce obsahuje zevrubný úvod do problematiky AFM, součástí teoretické části je i soubor rešerší odborných publikací věnující se tématu AFM. Celá táto část je zpracována přehledně, fakticky a logicky.

Experimentální část obsahuje sérii pokusů založených na použití olověného plechu-fólie v různých variací bez nebo s elektrolytem. Bezpochyby nejzajímavější částí práce je simultánní měření AFM a GCPL monitorující změny povrchu elektrody spjaté s tvorbou síranu olovnatého. Experimentální části práce hodnotím jako zdařilou, neškodil by větší počet měření a také výstupů. Nicméně je těžké odhadnout množství času které bylo třeba k přípravě vzorků, stejně tak vlastního experimentu.


Po formální a jazykové stránce spatřuji v práci nedostatky:
-    text práce není zarovnán do bloku
-    práce je psána česky proto by také obrázky měli mít český popisek např. Obrázek 1.7 i když je pochopitelné že v rámci části práce která se věnuje rešerším článků publikovaných v anglickém jazyce je to problematické
-    v práci je řada překlepů, například hned v poděkování student děkuje za „odpornou pomoc“...


Celkový dojem z bakalářská práce je pozitivní, je evidentní že student věnoval rešerším a experimentům značnou pozornost. Zadání bakalářské práce bylo splněno. Doporučuji přijmout bakalářskou práci k obhajobě s hodnocením 95 bodů – A. Topics for thesis defence:
  1. Proč byla zvolena olověná folie, nikoliv klasické porézní-houbovité olovo?
  2. Jak by ovlivnilo výsledný obraz-výstup kdyby se k cyklování použil větší proud? Zlepšilo by to pozorovatelnost povrchu?
  3. Nebylo možné získat z AFM více výstupů, jako parametry o vlastnostech zkoumaného povrchu např. drsnost povrchu nebo výškový histogram?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová