Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
CEITEC VUTZkratka: PNTMTAk. rok: 2015/2016
Program: Pokročilé materiály a nanovědy
Délka studia: 4 roky
Akreditace od: 17.7.2012Akreditace do: 31.7.2020
Profil
Student absolvováním studia získá dostatečné odborné znalosti a dovednosti potřebné pro řešení různorodých vědeckých problémů výzkumných a vývojových institucí a průmyslové praxi. Absolvent bude schopen na potřebné úrovni aplikovat pro další rozvoj oboru na pracovištích svého dalšího působení (akademických a vědeckých institucích a institucích realizační oblasti) a přispět ke zlepšování konkurenceschopnosti výstupů výzkumné a aplikační oblasti těchto institucí. Koncepce studijního programu umožňujestudentům získat dostatečné kompetence pro spolupráci v národních a mezinárodních vývojových, konstrukčních a vědecko-výzkumných týmech. Absolvent tohoto oboru získá solidní schopnosti a dovednosti působit ve vědeckých a výzkumných centrech nejenom v České republice, ale i v zahraničí.
Profesní profil absolventů s příklady
Vstupní požadavky
http://www.ceitec.vutbr.cz/en/students/admission
Garant
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
K získání detailní trojrozměrné informace o vnitřní struktuře objektu pomocí rentgenového záření se využívá rentgenová (počítačová) tomografie - CT. 3D informaci získáváme průchodem svazků záření objektem pod různými úhly a matematickým zpracováním získaných rovinných obrazců, tzv. tomografickou rekonstrukcí. Cílem disertační práce je využití této techniky a její vylepšení pro materiálovou analýzu.
Školitel: Kaiser Jozef, prof. Ing., Ph.D.
Epitaxní růst na substrátech s rozdílnými mřížkovými parametry jako např. III-N na Si je obecně používanou metodou růstu polovodičových vrstev používaných ve špičkové optoelektronice. Hlavním problémem je výrazný pokles externí kvantové účinnosti čipu vlivem velké hustoty vláknových dislokací. Vzhledem k tomu, že tyto dislokace zvyšují energii soustavy je velmi důležité pochopit důvod jejich existence a popsat mechanismus jejich nukleace. V tomto projektu získá student solidní zkušenosti s růstem epitaxních nanovrstev AlN na Si waferu pomocí ALD a MBE. Cílem této práce je objasnit změny v dislokační substruktuře se změnou tloušťky filmu a v závislosti na použité technice růstu s použitím kombinace SEM a TEM (jak tradiční tak 3D elektronová tomografie). Tato pozorování budou korelována s predikcemi probíhajících teoretických a počítačových studií s cílem identifikovat mechanismus nukleace vláknových dislokací v soustavě III-N/Si, popř. v dalších heterostrukturách s velmi rozdílnými mřížkovými parametry.
Školitel: Gröger Roman, doc. Ing., Ph.D. et Ph.D.
Kubické prostorově středěné kovy VB a VIB skupiny jsou technologicky důležité materiály, jejichž mechanismy plastické deformace jsou stále nejasné. V zatížení tlakem vykazují všechny nemagnetické bcc kovy tzv. anomální skluz po jednom ze slabě zatížených {110}<111> skluzových systémů, což lze objasnit pomocí počítačových studií šroubových dislokací. Nicméně, ve skupině VB kovů dochází k anomálnímu skluzu také při zatížení v tahu, což nelze objasnit ani s využitím nejmodernějších počítačových modelů. Náplní tohoto tématu je realizovat sérii experimentálních studií na milimetrových vzorcích monokrystalů bcc Ta a W zatížených v různých směrech tahem a tlakem. Orientace vzorku bude určena pomocí EBSD a charakter plastické deformace bude studován pomocí diferenciálního interferenčního kontrastu ve vysokorozlišovacím optickém mikroskopu. Pozorované aktivity skluzových systémů budou korelovány s predikcemi existujících kritérií plasticity a budou sloužit jako zdroj pro zpřesnění formulací těchto kritérií.
The organic and metal-organic nanoarchitectures prepared self-assembled at surfaces show promising applications. The Ph.D. study aims at catalytic properties of these structures, in particular, understanding the interaction of metal-organic coordination centers with gas molecules, which may lead to development of novel heterogeneous catalysts. (For detailed info please contact the supervisor.)
Školitel: Čechal Jan, prof. Ing., Ph.D.
Nanocomposites containing graphene sheets are already available and are used for various applications. The objective of the work will be using these nanocomposites with graphene or its oxide, material characterization in terms of electron processes with a focus on applications in electronics and sensing.
Školitel: Hubálek Jaromír, prof. Ing., Ph.D.
Due to increase of the long term application of the polymer materials failure in quasi-brittle area became important scientific topic. Therefore, the general goal of the work lies in the accurate description of the slow crack propagation in the case of sandwich polymeric structures taking into account residual stresses. Slow crack growth can be described by the corresponding fracture mechanics parameters and using advanced numerical modelling lifetime of the polymer structure can be predicted. The correlation between experimental data of PCCL and numerical model will be presented.
Školitel: Hutař Pavel, prof. Ing., Ph.D.
Nowadays complicated spektroskopy methods are miniaturized. Whole systems are integrated to small device using MEMS technologies. The aim of the work is finding new approchaes in integration ot these systems by micro- and nano-technologies.
Scanning Probe Microscopy techniques (SPM) and particularly Atomic Force Microscopy (AFM) are most common techniques for surface topography measurements. They have however still some limitations, for example its limited scanning range and lack of techniques for sub-surface mapping. Even if the interaction between probe and sample is already including information from sample volume, typically only surface topography or surface related physical properties are evaluated and the sub-surface information is lost. In most of the scanning regimes the amount of recorded and stored data is even so small that the information about sample volume is lost. On the other hand, there is lack of reliable subsurface mapping techniques with high resolution suitable for the growing field of nanotechnology, and methods of SPM tomography have large potential – and we can already see some first attempts for sub-surface mapping in the scientific literature. Aim of the proposed work is to develop techniques for mapping volume sample composition using SPM, particularly based on AC Scanning Thermal Microscopy and conductive Atomic Force Microscopy. This includes development of special reference samples, methodology and software development for control of a special, large area, SPM. In cooperation with the research group also a numerical modeling of probe-sample interaction will be performed and methods for sub-surface reconstruction will be tested.
Školitel: Klapetek Petr, Mgr., Ph.D.
For detailed info please contact the supervisor.
Školitel: Kalousek Radek, doc. Ing., Ph.D.
Due to small grain size, nanostructured materials have large number of interfaces in comparison to other materials. Significant amount of internal interfaces leads to special properties of such materials. For instance, nanostructured materials can reveal improved strength or ductility. The functionality and stability of nanostructured materials are strongly dependent on the mobility of internal interfaces. The purpose of this project is to investigate the atomistic mechanisms of migration of interfaces using computer modelling.
Školitel: Ostapovec Andrej, Mgr., Ph.D.
Within the Ph.D. study, the electron microscopies (SEM, LEEM) and electron spectroscopies (XPS, UPS, AR-PES, AES) will be used to determine properties of nanostructured surfaces and to monitor the evolution of the systems comprising metal atoms, organic molecules and nanoparticles. (For detailed info please contact the supervisor.)
Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.
Monitoring of airway inflammation and oxidative stress can be helpful in the diagnosis of various pulmonary diseases such as lung cancer, asthma, chronic obstructive pulmonary disease, cystic fibrosis, and respiratory tract infections. Current available techniques to directly measure these important phenomena in the airways are bronchoscopy, bronchoalveolar lavage and biopsy. However, these techniques are too invasive for repeated routine use, especially in children. Therefore, there is a demand for non-invasive analysis of inflammation and oxidative stress in the lungs via exhaled breath analysis. Profiles of volatile organic compounds (VOCs) are potentially able to accurately diagnose various pulmonary diseases. VOCs are a diverse group of carbon-based chemicals that are volatile at room temperature. The source of exhaled VOCs can be exogenous, i.e. due to pollutants taken up from the environment, or endogenous, i.e. those formed in the body during several physiological and pathophysiological processes. Despite some promising findings, multiple challenges such as further standardization and validation of the diverse techniques need to be mastered before VOCs can be applied into clinical practice. The VOCs analysis is very complex and many aspects have to be taken into account. The aim of the thesis is to design a sensitive material for detection of a disease specific breathprint, i.e. a complex mixture of exhaled VOCs.
Školitel: Drbohlavová Jana, doc. Ing., Ph.D.
Fatigue crack closure mechanism is well described in the literature and confirmed by experimental observation. However, detail prediction of the crack closure in the case of three-dimensional structure with complex crack shape is still open scientific topic. Therefore, general goal of the work lies in the accurate numerical modelling of plasticity induced crack closure in the case of 3D crack front. The numerically obtained results will be experimentally evaluated in our own laboratory. Important issue is also separation of single effects responsible for fatigue crack closure phenomenon.
The topic is focused on research in the field of numerical image reconstruction in coherence-controlled holographic microscope. The work will aim at achievement of the best resolution of the microscope and at detailed investigation of possibilities of imaging 3D objects. We assume to utilize the discrimination properties of low-coherence light (“coherence gate”), the methods of a complex-field deconvolution, and numerical refocusing methods. The work will be directed especially to biological samples imaging. Requirements: - knowledge in field of optics corresponding to undergraduate courses - basic ability to write computer code, preferably in Matlab
Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.
Školitel: Spousta Jiří, prof. RNDr., Ph.D.
The proposed topic of the work is focused on novel approach in the research and development of plasma sprayed environmental barrier coatings widely used in aerospace applications. The aim of this work is design and optimization of preparation technology of functional gradient coating systems deposited by plasma spraying process in combination with simulated CMAS degradation during subsequent annealing with fixed and variable conditions of applied thermal cycles. The results of this work will also be compared with the structural stability tests provided at the same or comparable conditions on plasma sprayed thermal barrier coatings, which are widely used in technical practice or currently undergoes the development.
Školitel: Švejcar Jiří, prof. Ing., CSc.
Disertační práce je zaměřena na vývoj technologie přípravy aerogelových povrchových úprav vznikajících za superkritických podmínek na povrchu objemových materiálů. Cílem práce bude vyvinout technologii umožňující přípravu aerogelových povrchových úprav za současného nalezení vhodných podmínek přípravy těchto povlaků na povrchu objemových materiálů. Pro studium a hodnocení vlastností povlaků budou využity dostupné metody využívané v materiálovém inženýrství.
The topic is focused on development of numerical methods for rigorous simulation of electromagnetic wave propagation in arbitrary inhomogeneous media. Namely, we assume investigation of the techniques based on the expansion into plane waves and/or eigenmodes in combination with perturbation techniques. Developed techniques will applied to modeling of light scattering by selected biological samples. Requirements: - knowledge in fields of electrodynamics and optics corresponding to undergraduate courses - basic ability to write computer code, preferably in Matlab.
Školitel: Petráček Jiří, prof. RNDr., Dr.
Technika spektrometrie laserem indukovaného mikroplazmatu (LIBS) využívá intenzivní záření vytvořené fokusováním laserového svazku z pulzního laseru na generaci svítící mikroplazmy (z pevných, kapalných nebo plynných vzorků) v ohniskové vzdálenosti fokusující čočky. Složení plasmy odpovídá složení analyzovaného materiálu. Detekční limity metody se pohybují od desítek ppm. Jako příklad z oblastí aplikací LIBS může být uvedena kontrola kvality materiálů a svarů v případě kovových konstrukcí nebo oblast monitorování životního prostředí. LIBS aparaturu lze vybudovat jako mobilní a přizpůsobit ji daným aplikacím. Cílem disertační práce je využití metody LIBS a jejích modifikací pro prvkové mapování různých pevnolátkových vzorků
The doctoral thesis is focused on development of unconventional technology for production of composite, consisting of 3D printed porous hydroxyapatite, infiltrated and sintered by means of current assisted infiltration sintering technique. The aim of this work will be development of the technology, preparation of the composite, determination of its structural stability and basic mechanical properties in as prepared state and during degradation in biological fluids. Conventional methods used in field of material and physical engineering, which are currently available, will be used to study and evaluate the prepared composites.
Školitel: Čelko Ladislav, doc. Ing., Ph.D.
Molecular self-assembly at surfaces is a technique for preparation of nanostructures with atomic precision with future prospects for molecular electronics, heterogeneous catalysis, and molecular templates among other topics. The research within the Ph.D. study aims at the understanding of self-assembly phenomena of complex systems at metal and graphene surfaces. The later surface offers the interesting possibility to alter the self-assembly process and the functional properties of prepared nanostructures by external means, i.e., the gate voltage. (For detailed info please contact the supervisor.)
Cílem práce je stanovení parametrů pastí v izolační vrstvě struktur HFET/HEMT na základě analýzy jejich šumových charakteristik, zejména šumu typu RTS (random telegraph noise). Experimentální část práce spočívá v měření teplotní závislosti šumu pomocí heliového kryostatu a studiu amplitudy a střední doby zachycení a emise jako funkce intenzity pole a koncentrace nosičů náboje v kanálu. Tyto výsledky pak budou použity pro zpřesnění generačně-rekombinačního modelu vzniku šumu a lokalizaci pastí.
Školitel: Pavelka Jan, doc. Mgr., CSc. Ph.D.
Téma doktorské práce je zaměřeno na studium chování tepelných bariér při termomechanickém cyklickém namáhání. Pro studium, metalografické a frakrografické hodnocení bude také využito dostupných metod používaných v současném materiálovém inženýrství.
Školitel: Podrábský Tomáš, prof. Ing., CSc.
Fyzikální procesy probíhající v látkách jsou povahy stochastické vzhledem k částicovému charakteru látek, a makroskopicky se projevují fluktuacemi měřitelných veličin neboli šumem. Při experimentálním studiu či jakémkoliv obyčejném měření se zpravidla monitoruje pouze střední hodnota měřitelné veličiny, nicméně díky analýze fluktuací měřených veličin pomocí statistických charakteristik vyšších řádů můžeme získat v některých případech další informace o jednotlivých procesech probíhajících uvnitř elektrické struktury. Cílem práce je studie transportu náboje a fluktuačních procesů na rozhraní elektroda a elektrolyt. Praktickým výsledkem je vytvoření fyzikálních a elektrických modelů na základě experimentální studie ampérometrických senzorů plynu.
Školitel: Sedlák Petr, doc. Ing., Ph.D.
Cílem práce je návrh metodiky pro odhad životnosti superkondenzátorů tak, aby bylo možné dosáhnout garantované provozní doby 10 let pro aplikace v satelitních systémech. Metodika bude založena na: 1) Analýze transportu náboje a závislosti kapacity na napětí a frekvenci pro superkondenzátory s kapacitou 1 až 100 F. 2) Analýze časových závislostí při nabíjení superkondenzátoru ze zdroje konstantního proudu respektive konstantního napětí. 3) Analýze samovybíjení superkondenzátoru. 4) Měření kapacity Helmholtzovy vrstvy a difuzní vrstvy v kondenzátoru.
Školitel: Sedláková Vlasta, doc. Ing., Ph.D.
Školitel: Průša Stanislav, doc. Ing., Ph.D.
Školitel: Dub Petr, prof. RNDr., CSc.
Školitel: Varga Peter, prof. Dr., dr. h. c.
Školitel: Kolman Pavel, Ing., Ph.D.
Disertační práce je zaměřena na vývoj zcela nové technologie přípravy povrchových úprav s využitím v aplikacích vysokého a ultravysokého vakua pomocí kombinace technologií nízkoteplotního a vysokoteplotního plasmatu. Součástí práce bude studium vlivu takto připravených povrchových úprav na vlastní tvorbu vakua a jejich případnou degradaci v podobě nežádoucích strukturních a fázových transformací. Pro studium a hodnocení vlastností takto připravených povrchových úprav budou využity dostupné metody využívané v materiálovém a fyzikálním inženýrství.
Disertační práce je zaměřena na vývoj technologických podmínek tvrdé anodizace neželezných slitin v anodizačních lázních. Součástí práce je nejen studium podmínek vzniku povrchových úprav, tzn. na bázi vhodných oxidů s velmi vysokou tvrdostí, ale i studium abrazivzdornosti v rozdílných podmínkách zatěžování u takto připravených povrchových úprav. Pro studium a hodnocení vlastností takto připravených povrchových úpravbudou využity dostupné metody využívané v materiálovém, fyzikální inženýrství a konstruování.
Opportunity of an objective evaluation of behavior of live cells freshly transferred from a tumor into in vitro primary culture has been offered by competence of Coherence Controlled Holographic Microscope (CCHM) in the make of Multimodal Holographic Microscope T1 (MHM, Tescan) for the task. CCHM Quantitative Phase Imaging (QPI) provides non-invasive cell mass measurements and due to coherence gate effect also in turbid media. Importance of analysis of patterns of motility/migration and growth of various cell types in mixed primary culture is currently emerging from collaboration with clinical surgeons operating on cancer. Assessment of cancer cells' behavior manifested in these conditions will contribute to individual tumor prognosis. Also appraisal of cell resistance/sensitivity to available therapeutic options should contribute to the optimization of the therapy plan. The work will consist of understanding primary cancer cell cultivation, mastering operation of CCHM while doing biological experiment and current standard valuation of cell behavior. To this basics there will be the task of adding elaboration/invention of mathematical description of cell activities comprised in the series of time-lapse images from these observations. Such method then will enable comparisons among various types of cancer cells and will lead to an innovation in the classification of the cancer cell malignancy.
Školitel: Veselý Pavel, MUDr., CSc.