Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
FSIZkratka: D3914-01Ak. rok: 2008/2009Zaměření: Fyzikální inženýrství
Program: Fyzikální a materiálové inženýrství
Délka studia: 4 roky
Akreditace od: Akreditace do: 27.2.2009
Profil
Cílem studia je poskytnout studentům vzdělání a umožnit jim vědecký výzkum v oblastech inženýrská optika, fyzika povrchů, mikromechanika materiálů, strojírenské materiály, fyzikální metalurgie a aplikovaný výzkum keramiky.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
Ab initio výpočty atomárních struktur povrchů s aplikací pro STM/STS - povrchy kovových struktur a jejich aplikace v interpretaci experimentálních výsledků
Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.
Školitel: Dub Petr, prof. RNDr., CSc.
Monitorování fyzikálních procesů na povrchu pevných látek, studium povrchů I: Mikroskopie povrchů založená na detekci atomárních sil, tunelovací mikroskopie (AFM/STM - I): - vývoj bezkontaktní metody AFM/STM, - simulace interakce sondy mikroskopu s povrchem.
Školitel: Spousta Jiří, prof. RNDr., Ph.D.
Mikroskopie povrchů založená na detekci atomárních sil, tunelovací mikroskopie (AFM/STM) II: - vývoj a testování UHV-kompatibilního mikroskopu AFM/STM v podmínkách ultravakua.
Mikroskopie povrchů založená na detekci atomárních sil, tunelovací mikroskopie (AFM/STM) III: - aplikace mikroskopu AFM/STM pro in situ analýzu povrchů bombardovaných iontovými svazky, - studium nukleačních mechanismů růstu vrstev.
Mikroskopie povrchů založená na detekci atomárních sil, tunelovací mikroskopie (AFM/STM) IV: - aplikace STM/AFM pro nanotechnologie.
- buzení a detekce plazmonových polaritonů na kovových tenkých vrstvách a nanostrukturách - výzkum šíření plazmonových polaritonů na površích těchto objektů a jejich aplikace (např. v nanosenzorech)
- příprava plazmonických nanoantén a výzkum jejich vlivu na lokální zesílení elmg. pole - aplikace plazmonických nanoantén pro lokální vybuzení foroluminesce
Cílem práce je získat nové výsledky v oblasti studia mezních stavu krystalických pevných látek a prispet k porozumení jejich mechanickým vlastnostem za ruzných podmínek zatežování. K tomuto úcelu budou vypocteny ideální pevnosti v tahu, tlaku a smyku u vybraných kovových krystalu z prvních principu a semiempirickými metodami. Pro výpocty elektronové struktury techto vybraných materiálu by byla použita metoda linearizovaných muffin-tin orbitalu (LMTO) a pokrocilejší metoda linearizovaných pridružených rovinných vln (LAPW) bez aproximací pri reprezentaci krystalového potenciálu (tzv. full-potential version). Jsou vytvoreny velmi dobré studijní i pracovní podmínky pro výpocty (nový výpocetní cluster), podporované výzkumným zámerem Simulacní modelování mechatronických soustav a grantem COST s širokou mezinárodní spoluprací.
Školitel: Šandera Pavel, prof. RNDr., CSc.
Technika 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 plazmy odpovídá složení analyzovaného materiálu. Detekční limity metody se pohybují od desítek ppm. Snížení detekčních limitů může být dosaženo, pokud jsou atomy daného prvku v již vytvořené plasmě excitovány druhým laserem (metoda LIBS+LIFS). Jako příklad z oblastí aplikací LIBS bychom mohli uvést kontrolu kvality materiálů a svarů v případě kovových konstrukcí nebo oblast monitorování životního prostředí. LIBS aparaturu lze vybudovat jako mobilní a přizpůsobit daným aplikacím. Cílem disertační práce je automatizace měření v LIBS a LIBS+LIFS aparatuře vytvořením softwaru pro počítačové řízení. Předpokládá se využití stávajících řídících programů jednotlivých přístrojů a vytvoření vlastního počítačového kódu pro automatické 2D a kvazi 3D mapování chemického složení vybraných vzorků. Funkce automatizovaných LIBS a LIBS+LIFS aparatur bude prověřeno na vybraných vzorcích.
Školitel: Kaiser Jozef, prof. Ing., Ph.D.
Naprašování tenkých vrstev za přítomnosti iontových svazků (IBAD) I: - kontrola a měření depozičních parametrů kritických pro růst a modifikaci vrstev v metodě IBAD užitím hmotnostního a energiového analyzátoru iontů, - depozice a měření parametrů magnetických vrstev/multivrstev na bázi kovů a nitridů kovů a polovodičů (např. Co, Ni, NiN, AlN, Si3N4, C3N4).
Naprašování tenkých vrstev za přítomnosti iontových svazků (IBAD) II: - depozice a měření parametrů izolačních ("high-K"), pasivačních, optických a bioaktivních vrstev/multivrstev rozprašováním keramik a syntetických minerálů (např. ZrO2, HfO2, Al2O3, hydroxylapatit, křemen).
Světelné vlny mohou navzájem interagovat pouze v optických materiálech, které vykazují nelineární vlastnosti. Z tohoto důvodu hraje nelineární optika klíčovou úlohu při vývoji nových součástek pro celooptické systémy. Téma navazuje na nedávný výzkum rigorózních numerických metod pro simulaci lineárních a nelineárních fotonických prvků [1-3] a je změřeno na vývoj efektivních metod pro modelování interakcí v kerrovském nelineárním prostředí. Bude vybrána vhodná metoda (např. metoda konečných diferencí v časové oblasti nebo řešení vázaných nelineárních Schrődingerových rovnic) a vytvořeno software. Metoda bude použita k modelování perspektivních nelineárních vlnovodů. [1] J. Čtyroký, S. Helfert, R. Pregla, P. Bienstman, R. Baets, R. de Ridder, R. Stoffer, G. Klaasse, J. Petráček , P. Lalanne, J.-P. Hugonin, and R. M. De La Rue: "Bragg waveguide grating as a 1D photonic bandgap structure: COST 268 modelling task," Opt. Quantum Electron. 34 455 (2002). [2] J. Petráček, "Frequency-domain simulation of electromagnetic wave propagation in one-dimensional nonlinear structures," Optics Communications, 265 (2006) 331-335. [3] F. Morichetti, A. Melloni, J. Čáp, J. Petráček, P. Bienstman, G. Priem, B. Maes, M. Lauritano, G. Bellanca: "Self-phase modulation in slow-wave structures: A comparative numerical analysis," Optical and Quantum Electronics, 38 (2006) 761-780.
Školitel: Petráček Jiří, prof. RNDr., Dr.
in situ měření optických a elektrických vlastností povrchů a tenkých vrstev v UHV aparatuře. Monitorování fyzikálních procesů na povrchu pevných látek a studium povrchů pomocí elipsometrie povrchů a tenkých vrstev: - in situ měření optických a elektrických vlastností povrchů a tenkých vrstev v UHV aparatuře.
in situ měření optických a elektrických vlastností povrchů a tenkých vrstev v UHV aparatuře. Monitorování fyzikálních procesů na povrchu pevných látek a studium povrchů pomocí elipsometrie - rekonstrukci funkce elipsometru na oblast bílého světla (spektroskopická elipsometrie), - specifikace elektronové struktury povrchů a tenkých vrstev z hlediska elektrické vodivosti látek.
Cílem disertační práce je a) pomocí zařízení vyvinutého na ÚFI FSI VUT v Brně získat experimentální data popisující rozptyl světla na technicky významných površích (např. na površích podsystémů solárních článků, na površích reflektorů automobilových světlometů, ...) a studovat souvislost těchto dat s technologií přípravy zmíněných povrchů. b) Výsledky interpretovat v rámci známých teorií rozptylu světla na površích.
Školitel: Ohlídal Miloslav, prof. RNDr., CSc.
Stav napetí v prevážné vetšine konstrukcních elementu je znacne odlišný od homogenní jednoosé napjatosti, která je naopak typická pro laboratorní testy únavové životnosti. Proto se stále casteji používají dvojosé únavové zkoušky materiálu, zejména kombinace ohybového a krutového namáhání, které spolu s jednoosými testy poskytují dostatecný soubor dat k relevantním výpoctum životnosti. Jednou z nejduležitejších metod studia prubehu únavového porušování je analýza morfologie lomových ploch elektronovým a optickým mikroskopem, tj. kvantitativní fraktografie. V posledních letech došlo k výraznému zdokonalení zejména metod hodnocení morfologie na bázi fraktální a statistické geometrie i numerického pocítacového zpracování dat. Využívá se i moderních metod trojrozmerné rekonstrukce povrchového reliéfu, jako jsou optická chromatografie nebo stereofotogrammetrie v elektronovém mikroskopu. Aplikace techto metod na analýzu lomu, zejména vzniklých pri biaxiálním zatežování, je však zatím v počátcích. Obsahem práce je aplikace moderních metod kvantitativní fraktografie na hodnocení lomu vysocepevných ocelí po kombinovaném kmitavém namáhání v ohybu a krutu, získaných v laboratori mikromechaniky na ÚFI FSI VUT. Experimenty budou probíhat i v rámci mezinárodní spolupráce s Ústavem Ericha Schmida rakouské akademie ved, založené na projektech AKTION a COST. Ocekává se, že výsledky prispejí k hlubšímu poznání mikromechanizmu iniciace a šírení trhlin, zvlášte pri biaxiálním kmitavém namáhání.
Školitel: Pokluda Jaroslav, prof. RNDr., CSc.
Cílem práce je získat nové výsledky v oblasti studia mezních stavů krystalických pevných látek a přispět k porozumění jejich mechanickým vlastnostem za různých podmínek zatěžování. K tomuto účelu bude vypočtena ideální tahová pevnost a ideální pevnost při všesměrovém tahu a tlaku u vybraných kovových materiálů (čisté kovy, intermetalika) z prvních principů. Z vypočtených totálních energií lze předpovědět možné fázové přechody do jiných struktur nebo nalézt nové metastabilní struktury.
Školitel: Šob Mojmír, prof. RNDr., DrSc.
Experimentální metody hodnocení lomové houževnatosti složených křehkých materiálů na bázi keramiky. Návrh vhodné geometrie vzorků, propracování reprodukovatelné metodiky zkoušení včetně hodnocení výsledků. Porovnání pevnosti v ohybu a lomově mechanických parametrů u vybraných experimentálních materiálů na transparentní pancíře, funkčně gradientní konstrukční keramiky a vývojových laminátů s keramickou a kompozitní matricí. Modelování lomového chování a trajektorie lomu, verifikace modelu, návrh mechanicky optimalizovaného kompozitu. Předpokládá se spolupráce s Materials Science Centre Leoben.
Školitel: Dlouhý Ivo, prof. Ing., CSc.
Rigorózní a výkonné metody modelování šíření světla mají zásadní důležitost při analýze a návrhu nových fotonických prvků. Jednou z nejpřesnějších metod k modelování dvoj- a trojrozměrných lineárních struktur je metoda obousměrného rozkladu do vlastních modů (BEP). Hlavní cíle projektu jsou: Výzkum možnosti rozšíření běžné formulace BEP, která je v současnosti používána na Ústavu fyzikálního inženýrství [1,2], tak aby byla zahrnuta možnost popisu nelineárních interakcí ve dvojrozměrných prvcích, zejména se předpokládá popis kerrovských nelinearit. Vývoj a tvorba software. Aplikace k modelování moderních fotonických prvků pro celooptické systémy. [1] J. Čtyroký, S. Helfert, R. Pregla, P. Bienstman, R. Baets, R. de Ridder, R. Stoffer, G. Klaasse, J. Petráček , P. Lalanne, J.-P. Hugonin, and R. M. De La Rue: "Bragg waveguide grating as a 1D photonic bandgap structure: COST 268 modelling task," Opt. Quantum Electron. 34 455 (2002). [2] J. Petráček and J. Čtyroký, "Modelling 2D photonic crystals using bi-directional mode expansion and propagation method" 10th International Workshop on Optical Waveguide Theory and Numerical Modelling, Nottingham 5-6 April 2002.
Modelování interakce částic s pevnou látkou I: - studium rozptylu iontů na povrchu pevných látek v oblasti energií stovky eV, - aplikace v oblasti analýzy složení a struktury.
Modelování interakce částic s pevnou látkou II: - studium povrchových kmitů s ohledem na využití v oblasti analýzy povrchů, - teoretické modelování difrakce metodou "Truncation Rod Scattering".
- maticová metoda výpočtu elektronově optických systémů - započtení vad seřízení a vad pátého řádu - implementace metody diferenciálních algeber pro výpočet koeficientů vad libovolného řádu
Školitel: Lencová Bohumila, prof. RNDr., CSc.
Hlavním cílem projektu je vývoj metody pro analýzu pevných látek vykazujících slabou katodoluminiscenci. Pozornost bude zaměřena jak na experimentální tak na interpretační problémy zpracování slabé katodoluminiscence, která navíc často klesá degradací analyzovaného materiálu elektronovým svazkem. Projekt zahrnuje zvýšení citlivosti detekce, snížení ztrát v optické trase, nasazení synchronních a pulzních metod a také přizpůsobení vzorku tak, aby bylo dosaženo vysokého odstupu signálu od šumu. Podstatným výsledkem projektu by měla rovněž být modifikace stávajícího unikátního experimentálního zařízení.
Školitel: Schauer Petr, RNDr., CSc.
- trojrozměrná digitální holografická rekonstrukce vzorku - optické řezy vzorkem
Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.
Podstatou projektu je hledat nové a optimalizovat již používané scintilátory a ostatní součásti scintilačního detektoru pro rastrovací elektronový mikroskop (SEM). Kromě studia katodoluminiscenčních vlastností scintilátorů téma zahrnuje i modelování a měření transportu signálu detekčním systémem s cílem najít optimální typy, materiály, rozměry i geometrii použitých komponent, najít slabá místa scintilačního systému a navrhnout změny, které by vyústily ve zvýšení detekční kvantové účinnosti (DQE). Hlavním cílem je získat optimalizovaný scintilační detekční systém.
- teoretický rozbor vlivu osvětlení na charakteristiky zobrazení různých typů vzorků - optický návrh, optimalizace, konstrukce a experimentální ověření osvětlovací soustavy řízené počítačem pro rutinní optické mikroskopy
- algoritmy pro justáž, řízení a zpracování obrazu digitálního holografického mikroskopu pro odražené světlo - aplikace zejména na pozorování a měření povrchů
Hledání souvislostí mezi makroskopickými technicky významnými parametry materiálu a jejich mikroskopickou a atomární strukturou je v soucasné dobe jedním z velmi silných smeru ve fyzice pevných látek a v materiálovém výzkumu. Hlubší porozumení vztahum mezi makroskopickými parametry látek a jejich vnitrní stavbou prispívá k získání dalších znalostí potrebných k vyhledávání materiálu s lepšími užitnými parametry. Cílem práce je získat nové výsledky v oblasti studia mechanických vlastností krystalických pevných látek s ohledem na možnou variabilitu jejich atomové struktury. K tomu bude využito predevším výpoctu vycházejících z prvních principu, tedy fundamentální kvantové teorie (Schrödingerova rovnice pro pevnou látku), založených na teorii funkcionálu hustoty implementované v programových systémech Wien2k nebo VASP. Doktorská disertacní práce bude zpracovávána na Ústavu fyzikálního inženýrství FSI VUT v Brne, kde jsou vytvoreny velmi dobré studijní i pracovní podmínky (nový výpocetní cluster), podporované výzkumným zámerem Simulacní modelování mechatronických soustav a grantem COST s širokou mezinárodní spoluprací.
Zvon představuje typický perkusní hudební nástroj, jehož časová proměnnost spojená se změnami frekvenčního složení vytváří typické charakteristiky daného zvonu. V nedávných letech byla provedena celá řada měření rozměrových a materiálových charakteristik starých zvonů vyrobených v období 15. a 16. století, které v současné době jsou ve věžích kostelů Českomoravské vysočiny a jsou aktivně využívány [1]. V několika případech bylo již provedeno orientační měření zvuku zvonu v okolí zvonice a byly testovány některé matematické postupy pro výpočet časové obálky změřeného signálu [3]. Obecněji se jedná o časovou analýzu přechodových dějů, které jsou vlastní většině hudebních nástrojů. Velmi charakteristické přechodové děje pozorujeme např. při některých technikách hry na smyčcové nástroje (pizzicato, staccato, saltato,col legno), drnkací nástroje (kytara) apod. [10]. Z pohledu matematického zpracování se v podstatě jedná o časovou analýzu frekvenčního složení pole zvukových vln v okolí hudebního nástroje na základě signálu z mikrofonu. Přitom se může jednat o děje s dobou trvání desetin sekundy až několika sekund. Předmětem navrhované práce je návrh a ověření vhodných matematických metod časové analýzy frekvenčního složení signálu z mikrofonu tak, aby byly využitelné nejen pro zvony, ale i pro další hudební nástroje. Dále je třeba navrhnout takové parametry, popisující chování amplitudy a fáze frekvenčních složek signálu v čase, které jsou charakteristické pro daný hudební nástroj resp. kvalitu daného hudebního nástroje. K tomu bude možno využít jednak výsledky dosavadních měření provedených na našem pracovišti a na pracovišti Oddělení hudební akustiky HAMU, jednak bude třeba provést další měření. Výsledkem by měl být výpočetní program pro rutinní analýzu přechodových dějů hudebních signálů, zpracovaný např. v prostředí Matlab, případně LabVIEW Výchozí literatura [1] Stránský,K. - Ustohal,V.- Mazáč,L.- Blažíková,J.: Bronzy starých zvonů. I., II. a III. část. Slévárenství č.1 až 3, 1994. [2] Syrový,V: Hudební akustika, AMU, Praha 2003. [3] Doložílek, M., Fryčar, J., Hégr, E.: Výpočet časové obálky při hodnocení zvuku zvonu. Ve sb.: 75. Akustický seminář. ČVUT, ČAS 2007, s. 11-16. [4] Rossing,T.D.: Acoustics of bells. Van Nostrand Reinhold Company Inc., New York 1984. [5] Rossing,T.D.: Acoustics of Eastern and Western bells, old and new. J.Acoust. Soc. Jpn., (E) Vol.10, No.5, 1989 [6] Cohen L.: Time-Frequency Distribution - A Revie. Proceedings of the IEEE, Vol.77, No.7, 1989 [7] Turner,J.D. - Pretlove,A.J.: Acoustic for Engineers. Macmilland Education Ltd., London, 1991. [8] Crocker,M.J.: Encyklopedia of Acoustics. John Wiley&Sons, Inc., New York, 1997. [9] Volný,P.: Časové charakteristiky hudebních signálů. Ve sb.: 60.akustický seminář a 36.akust. konference, Kouty 22.-26.5.2000, str.239-242.
Školitel: Doložílek Miroslav, doc. RNDr., CSc.
Ramanova mikrospektroskopie umožňuje neinvazívní prostorově rozlišené mapování molekulárního složení zkoumaného vzorku prostřednictvím analýzy jeho vibračních optických spekter. Jádrem navrhovaného tématu disertační práce bude sestavení aparatury, která bude kombinovat Ramanovu mikrospektroskopii s dalšími dvěma optickými nástroji mikrosvěta - optickou pinzetou a optickým skalpelem. Optická pinzeta využívá jednoho fokusovaného laserového svazku k zachycení mikroobjektů a k jejich manipulaci v prostoru. Vlnová délka je volena tak, aby nebyla objektem pohlcována a objekt zůstal nepoškozený. U optického skalpelu se rovněž využívá fokusovaný laserový svazek, ale jeho vlnová délka je silně absorbována objektem a dochází tak k lokální ablaci materiálu z objektu. V obou případech je průměr fokusovaného laserového svazku srovnatelný s vlnovou délkou. V rámci práce se předpokládá navržení optického systému, který umožní dynamicky vytvořit několik ohnisek fokusovaných svazků a jejich řízený pohyb v prostoru. Předpokládá se využití prostorového modulátoru světla nebo vychylovačů svazku typu akustooptických deflektorů nebo galvanooptických zrcadel. Bude pak možné například zachytit mikroobjekt (např. živou buňku), rotovat s ním a současně ramanovskou mikrospektroskopií získávat informace o jeho chemickém složení. Kombinace s optickým skalpelem umožní odpařovat studovaný povrch na mikrometrové plošce a studovat chemické složení obnažených vrstev. Výše popsaná kombinace představuje aktuální a začínající problematiku, u které je vysoká pravděpodobnost, že nalezne využití i v nefyzikálních oborech jako jsou buněčná biologie, analytická chemie, mikrofluidika a chemie povrchů. V rámci disertační práce se předpokládá experimentální a teoretická činnost v Ústavu přístrojové techniky AV ČR, který disponuje potřebným vybavením. Pracoviště spolupracuje s řadou evropských laboratoří zabývajících se spřízněnou problematikou, což nabízí úspěšnému uchazeči možnost zahraničních stáží a rychlý odborný růst. Seznam základní literatury: [1] Kneipp, K., Kneipp, H., Itzkan, I., Dasari, R.R., and Feld, M.S. (2002). Surface-enhanced Raman scattering and biophysics. J. Phys.: Condens. Matter, 14, R597-R624 [2] Berns MW, Greulich KO.: Laser Manipulation of Cells and Tissues. Methods Cell Biology. 2007; Vol 82. [3] Neuman, K.C. and Block, S.M. (2004). Optical trapping. Rev. Sci. Instrum., 75, 2787-2809 [4] Nie, S. and Emory, S.R. (1997). Probing single molecules and single nanoparticles by surface-enhanced Raman scattering. Science, 275, 1102-1106 [5] Petrov, D.V. (2007). Raman spectroscopy of optically trapped particles. J. Opt. A: Pure Appl. Opt., 9, S139 - S156 [6] Svoboda, K. and Block, S.M. (1994). Optical trapping of metallic Rayleigh particles. Opt. Lett., 19, 930 - 932
Školitel: Zemánek Pavel, prof. RNDr., Ph.D.
K získání detailní trojrozměrné informaci 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. Experimentálně se počítačová tomografie zrealizuje rotací zdroje a detektoru kolem zkoumaného objektu (většina lékařských aplikací), anebo při konstrukčně daném směru šíření záření (například v případě synchrotronů) rotací zkoumaného objektu. Rentgenová (mikro-)tomografie využívá rentgenového záření ke studiu (malých) objektů s vysokým rozlišením. Jako zdroj rentgenového záření lze s výhodou využít krátkovlnného záření synchrotronu. Příkladem specifických aplikací, které využívají právě vlastnosti synchrotronového záření (krátkou vlnovou délku, vysoký stupeň prostorové koherence, kvazi-monochromatičnost, možnost selekce úzkého spektrálního rozsahu atd.) je získání tomogramů pomocí fázového kontrastu a možnost aplikace dvouenergiové mikrotomogafie. Cílem disertační práce je studium, vylepšení a aplikace zmíněních dvou postupů rentgenové mikrotomografie.
- Výzkum vlivu příměsí na tvorbu defektů v monokrystalu křemíku - Výzkum vlivu podmínek růstu monokrystalu křemíku na tvorbu defektů - Počítačové simulace rozložení defektů v Si monokrystalech - Vývoj metod řízení vzniku defektů v Si monokrystalech
Speciálními vlastnostmi Nitinolu se v Ceské republice zabývají pouze dve pracovište Akademie ved v Praze, zamerené na základní výzkum procesu fázových transformací v techto slitinách. Z výsledku svetového aplikovaného výzkumu jsou známy statické, kvazistatické a nízkocyklové únavové vlastnosti techto materiálu. Zcela však chybí údaje o teplotní závislosti únavových charakteristik, zejména ve vysokocyklové oblasti, které jsou podstatné pro vývoj mechatronických aktuátoru. I když existují zmínky o výzkumných programech zamerených na vysokocyklovou únavu nitinolu, provádených firmami vyvíjejícími tento materiál pro potreby mechatroniky, príslušná data jsou držena v tajnosti. K merení vnitrního tlumení a únavové životnosti materiálu s pametí (Nitinol, Ni-Ti) bude použita rezonancní metoda ohybových kmitu jednostranne vetknutých vzorku. Základní jednotkou unikátního experimentálního zarízení je klimatická komurka TTC 4002 pro merení teplotní závislosti modulu pružnosti a útlumových charakteristi. Soucástí je elektromagnetické buzení a snímání kmitu i presné optické detektory výchylky. Komurka pracuje v rozmezí teplot -70oC až 180oC a automatickým ohrevem (pocítá se s dokoupením rozhraní pro PC). Signál a merení teploty na vzorku jsou zpracovány multianalyzátorem PULSE na bázi rychlé Fourierovy analýzy. Pro úcely vývoje mechatronického pohybového ústrojí bude rovnež nutno provést testy pametového silového pusobení, elektrického odporu a srovnání vybraných typu slitiny Nitinol v charakteristických teplotních intervalech. Práce jsou podporovány výzkumným zámerem Simulacní modelování mechatronických soustav.Predpokládá se úcast doktoranda na zahranicních vedeckých konferencích.
- návrh optického schématu a konstrukčního řešení bude vycházet ze stávajícího mikroskopu (DHM2) - v úvahu budou vztaty nové teoretické poznatky, zkušenosti z biologické aplikace předchozí verze a požadavky na snadnou, nejlépe automatickou justáž zařízení - součástí mikroskopu bude rovněž programové vybavení pro zpracování obrazu a řízení mikroskopu
- výzkum metody lokální anodické oxidace (LAO) realizované metodou AFM - aplikace mikroskopu AFM pro tvorbu masek a mřížek s využitím v nanoelektronice a nanofotonice
- výzkum vlivu substrátů a podmínek depozice na růst ultratenkých vrstev a nanostruktur - aplikace řízeného samouspořádávání (např. selektivního růstu) pro tvorbu masek a mřížek s využitím v nanoelektronice a nanofotonice
Fotoelektronová spektroskopie (XPS): - hloubkové profilování metodou AR XPS.
In situ monitorování fyzikálních procesů na povrchu pevných látek bombardovaných iontovým svazkem, studium povrchů pomocí dynamické teorie rozptylu v oblasti difrakce pomalých elektronů
In situ monitorování fyzikálních procesů na povrchu pevných látek bombardovaných iontovým svazkem, studium povrchů: - sestavení a testování ultravakuové aparatury pro aplikaci metody LEED, - aplikace zařízení a metody pro určování struktury povrchů pevných látek (např. Si, Ga, GaN).
- výpočet vychází z kinematické teorie rozptylu světla vzorkem - pro popis vlastností mikroskopu při nekoherentním osvětlení je však třeba uvážit i rozptyl vyšších řádů - součástí práce bude numerická simulace průchodu světla vzorkem a optickou soustavou mikroskopu
Fotopolymerace je způsob vytváření polymerů osvícením kapalného monomeru vhodnou vlnovou délkou, která způsobí polymeraci média a jeho následné ztuhnutí. Rastrující laserový paprsek o vhodné vlnové délce a průměru stopy v řádu mikrometrů i méně tak vytváří tuhé mikrostruktury v osvíceném objemu. Vhodným pohybem paprsku je možné vytvářet komplikované mikrostruktury fixované k povrchu nebo i volné. Použitím plošného zdroje a osvitu přes masku urychlí proces vytváření většího počtu jednodušších mikroútvarů nebo větších povrchových útvarů, např. mikrofluidních systémů využívaných k analýzám malých objemových vzorků. Kombinace vícenásobné optické pinzety a fotopolymerace umožní před vytuhnutím polymeru definovaně rozmístit objekty o jiném indexu lomu (křemenné, kovové či fluorescenčně značené mikroobjekty) a tím měnit optické vlastnosti vzniklé vrstvy a následně i povrchu. Tato tématika zasahuje do rozvíjející se oblasti fotonických krystalů a také optofluidiky. Cílem disertační práce bude zvládnutí procesu fotopolymerace různých výchozích monomerů, sestavení zařízení, které bude využívat rastrujícího fokusovaného laserového svazku k vytváření libovolných prostorových útvarů. Dalším krokem bude zvládnutí plošné fotopolymerace a kombinace s vícenásobnou optickou pinzetou, která umožní fixovat v monomeru vhodné mikroobjekty. Rozmístění a index lomu mikroobjektů budou ovlivňovat optické vlastnosti vzniklé vrstvy. Získané dovednosti budou využity pro míchání čí separaci suspenzí ve zhotovených mikrofluidních systémech. Výše popsaná kombinace technik představuje aktuální a začínající problematiku, u které je vysoká pravděpodobnost, že nalezne využití i v nefyzikálních oborech jako jsou buněčná biologie, analytická chemie, mikrofluidika a chemie povrchů. V rámci disertační práce se předpokládá experimentální a teoretická činnost v laboratořích Ústavu přístrojové techniky AV ČR (ÚPT), který disponuje potřebným vybavením. Skupina Optických mikromanipulačních technik v ÚPT spolupracuje s řadou evropských laboratoří zabývajících se spřízněnou problematikou, což nabízí úspěšnému uchazeči možnost zahraničních stáží a rychlý odborný růst. Seznam základní literatury: [1] Duffy D. C., McDonald J. C., Schueller O. J. A. and Whitesides G. M. 1998. Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane). Anal. Chem. 70: 4974 [2] Escuti M.J., Qi J. and Crawford G.P. 2003. Tunable -face-centered-cubic photonic crystal formed in holographic polymer dispersed liquid crystals. Opt. Lett. 28: 522-524. [3] Fu A.Y. et al. 1999. A microfabricated fluorescence-activated cell sorter. Nature Biotechnol. 17: 1109-1111. [4] Galajda P. and Ormos P. 2001. Complex micromachines produced and driven by light. Appl. Phys. Lett. 78: 249-251 [5] Maruo S. and Ikuta K. 2000. Three-dimensional microfabrication by use of single-photon-absorbed polymerization. Appl. Phys. Lett. 76: 2656-2658. [6] Neuman, K.C. and Block, S.M. (2004). Optical trapping. Rev. Sci. Instrum., 75, 2787
Technika 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 bychom mohli uvést kontrolu kvality materiálů a svarů v případě kovových konstrukcí nebo oblast monitorování životního prostředí. LIBS aparaturu lze vybudovat jako mobilní a přizpůsobit daným aplikacím. Cílem disertační práce je studium použitelnosti a stanovení detekčních limitů metody LIBS pro detekci stopových prvků ve vzorcích průmyslových a biologických materiálů.
Vývoj a aplikace UHV zařízení pro depozici tenkých vrstev fokusovaným iontovým svazkem o nízkých a ultra-nízkých energiích (200 - 5000 eV, <100 eV): - optimalizace parametrů iontového děla se zaměřením na velmi nízké energie iontů (< 10 eV), - přímá depozice tenkých vrstev iontovými svazky o energii < 100 eV, - depozice tenkých vrstev rozprašováním pevných terčů iontovými svazky o energiích 200 - 5 000 eV.
Vývoj a aplikace UHV zařízení pro depozici tenkých vrstev fokusovaným iontovým svazkem o nízkých a ultra-nízkých energiích (200 - 5000 eV, <100 eV): - přímá depozice tenkých vrstev iontovými svazky o velmi nízkých energiích (< 100 eV) - GaN, aj.
Cílem disertační práce je vývoj kompaktního zařízení, které je schopno měřit základní parametry topografie strojírenských povrchů v oblasti jejich mikrogeometrie. Řešení cílů práce vychází z výsledků úspěšně uzavřeného projektu GA ČR 101/01/1104 Řešením může být následující sestava: Základem mikroskopu je vhodný interferometr, v jehož předmětové větvi je zařazen mikroskopový objektiv. Jako světelný zdroj se předpokládá např. vícevlnový laser. Ve výstupní rovině mikroskopu vzniká hologram povrchu, který je snímán digitální kamerou. Tato procedura je provedena postupně pro dvě vhodně volené vlnové délky použitého světla. Rekonstrukce superponovaných hologramů se provádí v připojeném počítači. Charakteristiky topografie povrchu se určují z tvaru interferenčních proužků v rekonstruovaném obrazu povrchu.
- vypracování metod manipulace/tvorby nanovláken (např. C60) mezi segmenty nanoelektrod - měření elektrických transportních vlastností nanovláken
- vybudování aparatury pro měření lokálních a integrálních fotoluminiscenčních vlastností nanostruktur, - výzkum fotoluminiscenčních vlastností nanostruktur (uspořádaných i neuspořádaných polovodičových/dielektrických struktur)
- aplikace nově vyvinuté ultravakuové aparatury, vybavené zařízením pro molekulární svazkovou epitaxi (MBE) a difrakci odražených elektronů o vysokých energiích (RHEED), pro přípravu magnetických ultratenkých vrstev a nanostruktur - aplikace FIB, EBL a dalších metod pro přípravu magnetických ultratenkých vrstev a nanostruktur - výzkum magnetických vlastností ultratenkých vrstev a nanostruktur
- aplikace nově vyvinuté ultravakuové aparatury, vybavené zařízením pro molekulární svazkovou epitaxi (MBE) a difrakci odražených elektronů o vysokých energiích (RHEED) pro přípravu magnetických ultratenkých vrstev a nanostruktur - aplikace FIB, EBL a dalších metod pro přípravu magnetických ultratenkých vrstev a nanostruktur - výzkum magnetických vlastností ultratenkých vrstev a nanostruktur
- matematické postupy zpracování obrazu získaného optickým mikroskopem s osvětlovací soustavou řízenou počítačem - 3D zobrazení pomocí rotační paralaxy a šikmých projekcí, adaptivní osvětlení
Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.