Detail oboru

Pokročilé nanotechnologie a mikrotechnologie

CEITEC VUTZkratka: PNTMTAk. rok: 2013/2014

Program: Pokročilé materiály a nanovědy

Délka studia: 4 roky

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.

Garant

Vypsaná témata doktorského studijního programu

  1. Aplikace pokročilých metod světelné mikroskopie v biologii živé buňky

    Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.

  2. Aplikace spektroskopické reflektometrie na studium mazacích filmů

    Aplikace spektroskopické reflektometrie na studium mazacích filmů ke stanovení tloušťky mazacího filmu a index lomu ve velmi zatíženém mazaném kontaktu. Hlavním cílem je vývoj fyzikálně korektního přístupu, který umožní získat doplňující informace o vlastnostech mazacího filmu.

    Školitel: Křupka Ivan, prof. Ing., Ph.D.

  3. CT rentgenová nano a mikrotomografie pro materiálovou analýzu

    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.

  4. Holografická mikroskopie fluorescenčně barvených vzorků

    Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.

  5. Holografická mikroskopie v difuzních prostředích

    Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.

  6. Chování nanočástic v tenkých mazacích filmech

    Studium reologických vlastností tenkého mazacího filmu prostřednictvím přímého pozorování pohybu částic v mazaném kontaktu. Kolorimetrická interferometrie bude užita k monitorování tloušťky mazacího filmu a metody analýzy obrazu budou využity k stanovení trajektorie částic v kontaktu. Kombinace obou dat umožní usuzovat na reologické vlastnosti mazacích filmů.

    Školitel: Křupka Ivan, prof. Ing., Ph.D.

  7. Kvantové tečky a jejich interakce s biomolekuami

    Polovodičové kvantové tečky (QDs) jsou dlouhou dobu předmětem zájmu jako nanočástice emitující světlo. Tyto nanočástice patří do nové skupiny fluorescenčních značek vhodných pro in vivo zobrazování v biomolekulární chemii a medicíně. Ve srovnání s organickými barvivy mají QDs skvělé optické a elektronové vlastnosti. QDs mohou být rovněž použity v diagnostice nemocí. Chřipka je infekční onemocnění dýchacích cest a způsobuje vysokou morbiditu a mortalitu u rizikových skupin pacientů. Kvantové tečky mohou být použity pro rozlišení typu chřipky a tak pro zvolení správného způsobu léčby. Cílem práce je příprava QDs a jejich komplexů s chřipkovými ODN a studium jejich vlastností. Elektrochemické metody budou použity pro analýzu iontů kovu a ODN. Pro charakterizaci komplexů se dá využít i kapilární elektroforéza a in vivo zobrazování. Spojení komplexů s paramagnetickými částicemi bude využito pro automatickou analýzu vzorků.

    Školitel: Kizek René, prof. Ing., Ph.D.

  8. Nanoelektronická zařízení s novými/netradičními elektrickými a magnetickými transportními vlastnostmi

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

  9. Nové nanoprvky pro elektroniku – příprava a charakterizace

    Před několika lety se podařilo vyrobit součástku nazývanou memristor, která byla teoreticky popsána již v roce 1971. V současné době se vyvíjejí pokročilé technologie, které umožní zlepšit vlastnosti a snížit cenu výroby. Samotná příprava memristoru není jednoduchá z důvodu dvou stechiometrických fází u použité materiálu, u něhož byl fenomén objeven. Cílem práce je využití pokročilých technik anodizace za současného využití samouspořádání v některých materiálech a vytvoření velmi uspořádané sítě memristorů. Následně je charakterizovat a vyzkoušet jejich propojení do demonstrační sítě a ukázat jejich vlastnosti pro aplikace, pro které je její využití vhodné jako např. paměti a neuronové sítě.

    Školitel: Hubálek Jaromír, prof. Ing., Ph.D.

  10. Nové techniky na čipu pro rychlou detekci virů

    Školitel: Hubálek Jaromír, prof. Ing., Ph.D.

  11. Pokročilé analytické techniky využívající laserovou ablaci pro mapování s vysokým rozlišením

    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

    Školitel: Kaiser Jozef, prof. Ing., Ph.D.

  12. Polovodičová heterostrukturní nanovlákna s využitím v oblasti nanoelektroniky

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

  13. Příprava a charakterizace nanostruktur s funkčními vlastnostmi v oblasti plazmoniky

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

  14. Příprava a charakterizace nanostruktur s funkčními vlastnostmi v oblasti spintroniky

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

  15. Studium a vytváření neuronové sítě z živých buněk na čipu

    Hlavním cílem disertační práce je vytvořit metodologii pro aplikaci neuronových buněk na mikroelektronický čip a zkoumat podmínky pro jejich vzájemné propojování. Samotná metodologie a její optimalizace by měla být zaměřená na výběr vhodných buněk, jejich kultivace a zajištění fyziologických podmínek na čipu pro jejich dlouhodobé přežití. Dále bude součástí řešení práce výzkum schopnosti aplikovaných buněk přenášet elektrický signál a také možnost cíleného programování vytvořené sítě.

    Školitel: Hubálek Jaromír, prof. Ing., Ph.D.

  16. Studium dielektrických materiálů s vysokou permitivitou

    Materiály s vysokou permitivitou jsou zapotřebí pro nové aplikace, např. v integrovaných obvodech další generace (32 nm) či v kondenzátorech. Ve výrobě kondenzátorů jsou materiály s vysokou permitivitou žádoucí pro dosažení vyšší hustoty energie v kondenzátoru, a tedy ke zmenšování rozměrů. Ve výrobě polovodičových prvků je materiálů s vysokou permitivitou zapotřebí pro zachování hradlové kapacity při zvyšování tloušťky izolační vrstvy, vynuceném nárůstem svodových proudů při jejím ztenčování. Vzhledem k tomu, že hledané materiály s vysokou permitivitou, určené pro použití v křemíkových technologiích, musí být schopny projít jednotlivými výrobními kroky bez poškození, jedná se většinou o oxidy přechodných kovů (ZrO2, HfO2, Al2O3, Y2O3, La2O3, Ta2O5). Navíc musí být tyto materiály na křemíku dlouhodobě stabilní. Analogicky u dielektrik pro kondenzátory se musí jednat o látky schopné snést vypalování, tj. v podstatě o keramické materiály. Zpracování tématu si bude vyžadovat experimentální práce při přípravě vzorků, teoretické studium fyzikálních příčin vysoké permitivity i měření elektrických vlastností vybraných materiálů. K dispozici je vybavení laboratoře dielektrické relaxační spektroskopie na Ústavu fyziky FEKT VUT v Brně s frekvenčním rozsahem cca 10-3 - 109 Hz, včetně héliového kryostatu pro teplotní interval 10 - 500 K a řídícího softwaru.

    Školitel: Liedermann Karel, doc. Ing., CSc.

  17. Studium nanokompozitů pro elektrické izolace

    Předmětem výzkumu budou dielektrické vlastnosti nanokompozitů pro elektrické izolace. Tyto materiály jsou založeny na vhodné pryskyřici, nejčastěji epoxidové, v níž jsou rozptýleny společně mikročástice i nanočástice různých oxidů, nejčastěji SiO2, TiO2, ale i Al2O3 či WO3, eventuálně i chemicky složitějších látek. Přítomnost nanočástic o rozměrech řádově 10 - 20 nm příznivě ovlivňuje odolnost nanokompozitů vůči částečným výbojům i vůči elektrickému treeingu, a tím i výšku průrazného napětí i schopnost odolávat degradaci. To pak ve svém důsledku vede k možnosti vyrábět elektrická zařízení (např. vn vypínače) s menšími rozměry a vyšší spolehlivostí. Významným problémem nanokompozitů je přítomnost velkého množství rozhraní v důsledku přítomnosti velkého počtu nanočástic se složitým povrchem (ani kulového ani rovinného tvaru). Tato rozhraní jsou málo stabilní a mohou vést k podstatným změnám elektrických vlastností během stárnutí. Jedním z cílů navrhovaného výzkumu by tedy bylo prostudovat chování nanokompozitů při urychleném stárnutí. Zpracování tématu si bude vyžadovat experimentální práce při přípravě vzorků, teoretické studium souvislostí mezi mikrofyzikální strukturou a elektrickými vlastnostmi i měření elektrických vlastností vybraných materiálů. K dispozici je vybavení laboratoře dielektrické relaxační spektroskopie na Ústavu fyziky FEKT VUT v Brně s frekvenčním rozsahem cca 10^2 - 10^9 Hz, včetně héliového kryostatu Janis CCS-400/204 pro teplotní interval 10 - 500 K a softwaru pro řízení měření. K dalším již zakoupeným, ale dosud nezprovozněným zařízením, která budou pro měření k dispozici, patří analyzátor Novocontrol ALPHA-AT s vysokým rozlišením a s frekvenčním rozsahem 3 Hz - 40 MHz a rovněž infračervený spektrometr Nicolet 8700 s Fourierovou transformací pro interval vlnových čísel 7 400 - 350 cm-1.

    Školitel: Liedermann Karel, doc. Ing., CSc.

  18. Studium parametrů mikrotrhlin pomocí elektromagnetické a akustické emise

    Při mechanickém zatěžování elektricky nevodivých pevných látek dochází ke vzniku mikrotrhlin, který je provázen generací elektromagnetického (EME) a akustického (AE) signálu. Tyto signály lze využít pro sledování vznikajících mikrotrhlin, určování některých jejich parametrů, jejich lokalizaci a na základě toho provádět hodnocení míry porušení daného materiálu. Aplikace těchto metod lze využít například v elektrotechnice, strojírenství nebo stavebnictví při diagnostice materiálů a konstrukcí. Cílem práce bude posoudit možnosti určování primárních parametrů vznikajících mikrotrhlin a jejich lokalizace jak v klasických materiálech, tak i v moderních kompozitních materiálech určených pro konstrukční účely. Bude proveden rozbor vzniku a šíření signálů EME a AE ve sledovaných materiálech a vypracovány příslušné modely. Bude navržena a laboratorně ověřena metodika určování vybraných primárních parametrů a lokalizace vznikajících mikrotrhlin využitelná v diagnostice daných materiálů.

    Školitel: Koktavý Pavel, prof. Ing., CSc. Ph.D.

  19. Šum RTS v nanoelektronických strukturách

    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.

  20. Šumová spektroskopie defektů a transport nosičů v CdTe senzorech

    Cílem doktorské disertační práce bude analýza elektronického šumu v monokrystalických vzorcích CdTe a dále v senzorech záření vyrobených na bázi CdTe. Bude studována problematika zdrojů šumu 1/f s přihlédnutím na fluktuace počtu nosičů náboje, nebo jejich pohyblivost. Šumová spektrální hustota je velice silně závislá na teplotě, osvětlení a elektrickém poli. Při experimentálním sledování bude počet volných nosičů náboje řízen elektrickým polem, osvětlením a pracovní teplotou. Experimentální výsledky zdrojů šumů budou interpretovány pro kontakty, povrch a v objem vzorků. Ze závislosti a tvaru spektrální šumové hustoty bude určena střední volná dráha nosičů, energetické hladiny pastí a lokality defektů.

    Školitel: Grmela Lubomír, prof. Ing., CSc.

  21. Transport náboje a šum v superkondenzátorech na bázi uhlíkových nanovláken

    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.

  22. Vliv proteinů na tření a opotřebení kyčelních kloubních náhrad

    Studium utváření mazacího filmu mezi třecími povrchy kloubních náhrad se zaměřením na úlohu proteinů při snižování tření a opotřebení. Kolorimetrická interferometrie v kombinaci s fluorescenční mikroskopií bude použita ke stanovení změn v tloušťce mazacího filmu v závislosti na složení bovinního séra, které bude simulovat vlastnosti synoviální tekutiny.

    Školitel: Křupka Ivan, prof. Ing., Ph.D.

  23. Využití nanostruktur v oblasti (bio)sensorů

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

  24. Využití přístupů věd o površích v oblasti nanotechnologií

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

  25. Výzkum biomateriálů pomocí rastrovacích sondových mikroskopů

    Disertační práce bude cílena na aplikaci pokročilých metod zobrazení biologických objektů pomocí rastrovacích sondových mikroskopů (SPM – AFM, SNOM). Problémem bude fakt, že biomolekuly mohou na rozdíl od uhlíkových nanotrubiček nebo kovových nanočástic, podléhat deformacím při měření. Experimentální práce by měla spočívat v depozici různých biomolekul, jejich zobrazení pomocí AFM a SNOM, analýze experimentálních dat a demonstraci různých možností SPM mikroskopů.

    Školitel: Tománek Pavel, prof. RNDr., CSc.


Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.