Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
FEKTZkratka: PP-FENAk. rok: 2014/2015
Program: Elektrotechnika a komunikační technologie
Délka studia:
Profil
Cílem studia je poskytnout ve všech dílčích zaměřeních doktorské vzdělání absolventům vysokoškolského magisterského studia. Vytvořit interdisciplinární přehled současného vývoje, prohloubit teoretické základy ve zvoleném oboru, zvládnout metody vědecké práce, rozvíjet tvůrčí schopnosti a využít je při řešení vědeckého problému, který vyústí ve vypracování disertační práce přinášející vlastní původní přínos v daném oboru.
Klíčové výsledky učení
Absolvent oboru získá znalosti mezioborového charakteru z technických a přírodovědních disciplin na vysoké teoretické úrovni. Pro další samostatnou výzkumnou a vývojovou práci je vybaven vědomostmi zejména z fyziky polovodičů, kvantové elektroniky, matematického modelování a umí samostatně řešit problematikou spojenou s nanotechnologiemi. Uplatnění najde především jako vědecký pracovník základního nebo aplikovaného výzkumu při tvůrčím zavádění a využívání nových perspektivních a ekonomicky výhodných postupů v oblasti elektroniky, elektrotechniky, nedestruktivního testování spolehlivosti a materiálové analýze.
Profesní profil absolventů s příklady
Garant
prof. RNDr. Pavel Tománek, CSc.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
Významnou roli v mnoha technologických zařízeních využívajících plazmové procesy hraje radiační přenos energie. Experimentální sledování je velmi obtížné, proto se často přistupuje k matematickému modelování. Pro teoretické modelování je nutná znalost absorpčních vlastností plazmatu. Cílem práce je shromáždit atomární a molekulární data, která budou sloužit jako vstupní data pro výpočet koeficientů absorpce vybraných druhů plazmatu. Jedná se o vyhledávání dat v dostupných databázích na Internetu, jejich počítačové zpracování, vytvoření vlastní databáze ve tvaru vstupních souborů pro další počítačové zpracování.
Školitel: Bartlová Milada, doc. RNDr., Ph.D.
Práce se zabývá studiem elektronického šumu za účelem vytvořit netradiční metodiku vyhodnocení výstupního signálu senzoru nejen z hlediska stejnosměrné složky ale také i její fluktuace. Vzhledem k částicovému charakteru látek fyzikální procesy probíhající v látkách mají povahu stochastickou, a makroskopicky se projevují fluktuacemi měřitelných veličin, tj. šumem. Motivací této práce je nejen zlepšení selektivity a citlivosti u jednotlivých senzorů, ale i možnost využití tohoto postupu společně s metodami rozpoznávání vzorů na vytvoření elektronického nosu. Cílem práce bude analýza těchto fluktuačních procesů v závislosti na vstupní veličině pomocí měření šumových a transportních charakteristik. Jedním z dílčích cílů je vytvoření experimentálního zařízení demonstrující využití těchto technik v praxi.
Školitel: Sedlák Petr, doc. Ing., Ph.D.
Předmětem práce je nedestruktivní studium defektních oblastí ve struktuře moderních tenkovrstvých solárních článků jako jsou například Cu(InGa)Se2. Tyto materiály mají velmi vysoký absorpční koeficient a s tím spojenou účinnost konverze optické energie. Celková tloušťka funkční struktury se pohybuje okolo 3 µm a je velmi náchylná na výskyt lokálních i objemových defektů snižující účinnost a životnost. Studiem těchto defektů lze zjistit velmi cenné informace o ztrátových mechanizmech o transportu náboje a lze navrhnout technologická opatření pro jejich eliminaci. Pro diagnostiku bude využíváno několik metod jako například sledování vyzařování CCD a infračervenou kamerou, sledování odezvy na lokální ozáření, mikroskopické studium povrchu a jeho modifikace iontovým svazkem, měření fluktuací napětí a proudů apod. Je plánována také spolupráce s producenty solárních článků, pro které je tento výzkum velmi atraktivní.
Školitel: Grmela Lubomír, prof. Ing., CSc.
Práce se zabývá studiem signálů elektromagnetické emise (EME) a jejich parametrizací za účelem studia degradačních procesů vedoucích k úplnému zničení modelových vzorků při jejich mechanickém namáhání a jejich lokalizací. Signály EME mají stochastický charakter a jejich metodika zpracování využívá podobných principů jako u analýzy lidské řeči. Motivací této práce je přesná evaluace chování materiálů při jejich mechanickém či teplotním zatěžování pomocí metody elektromagnetické emise, která našla řadu uplatnění při studiu kompozitních materiálů a v seismologii. Cílem je definování vhodných signálových parametrů emisních událostí v časové, frekvenční a časově-frekvenční oblasti a dále nalezení vhodné metodiky identifikace s využitím metod shlukové analýzy. Jedním z dílčích cílů bude vytvoření umělého zdroje elektromagnetické emise.
V procesu zvyšování účinnosti a životnosti solárních článků je klíčovou otázkou určení základních parametrů sledované struktury. V současné době existuje k tomuto účelu řada metod, které však dávají často značně rozdílné výsledky. Cílem práce bude výzkum pokročilých moderních metod pro určování takových parametrů, jako jsou kvantová účinnost, doba života minoritních nosičů, koncentrační profily příměsí v PN přechodech a dalších. Získané výsledky budou využity pro návrh a ověření vhodných metodik pro měření a vyhodnocení vybraných parametrů konkrétních typů solárních článků, především monokrystalických, polykrystalických a amorfních Si článků, dále pak CIGS článků. Doktorand bude během své výzkumné práce zapojen do vědeckovýzkumných projektů SIX (Centrum senzorických, informačních a komunikačních systémů) a CEITEC (Středoevropský technologický institut).
Školitel: Koktavý Pavel, prof. Ing., CSc. Ph.D.
Při výrobě křemíkových solární článků dochází vzhledem k jejich velké ploše ke vzniku množství nehomogenit a defektů. Ty potom snižují kvalitu článků a způsobují při provozu v solárních panelech i snížení jejich účinnosti. Cílem práce bude měření a analýza těchto ztrátových mechanismů jak na hranách, tak i v objemu vzorků, pomocí sledování jejich projevů při elektrickém nebo optickém buzení. Zde budou studovány především charakteristiky emitovaného záření v závěrném i propustném stavu při elektrickém buzení (spektroskopie ve viditelné oblasti pomocí CCD kamery, infračervená spektroskopie, měření termokamerou), proudové fluktuace při napěťovém zatěžování, lokální studium povrchových vlastností (LBIC, elektronová mikroskopie) a další charakteristiky. Výsledkem bude popis jednotlivých typů ztrátových mechanismů a posouzení jejich vlivu na účinnost solárních článků a panelů. Doktorand bude během své výzkumné práce zapojen do vědeckovýzkumných projektů SIX (Centrum senzorických, informačních a komunikačních systémů) a CEITEC (Středoevropský technologický institut).
Radiační přenos energie výrazně ovlivňuje fyzikální procesy probíhající v plazmatu, hraje důležitou roli v mnoha zařízeních využívajících plazmové procesy, např. při tvorbě povrchů specifických vlastností, pro syntézu látek, likvidaci škodlivin, plazmovou metalurgii, apod. Cílem práce je pomocí aproximační metody diskrétních ordinát (SN-aproximace) najít řešení rovnice přenosu záření, získané výsledky pro vyzářenou energii a tok záření pro vybrané druhy plazmatu srovnat s již známými výsledky získanými jinými aproximačními metodami (metodou parciálních charakteristik, difuzní aproximací), diskutovat výhodnost a použitelnost jednotlivých výpočetních metod.
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.
Zmenšování rozměrů v integrovaných obvodech (dnes 32 nm) vede ke zvyšování kapacit mezi vodiči, a ve svém důsledku ke snižování rychlosti přenosu signálu. Limitujícím faktorem pro zvyšování výkonu IC se tak stávají nikoli již vlastnosti samotných polovodičových prvků, ale rychlost přenášení signálu mezi nimi, a tedy kapacit. Jednou z možností pro snižování kapacit mezi vodiči je snižování permitivity dielektrických izolačních vrstev (kapacita je přímo úměrná permitivitě použitého materiálu). Dnes jsou patrné dvě cesty, buď nahrazování polárních vazeb Si-O vazbami méně polárními (Si-F, Si-C) nebo zvyšování porozity (tj. vytváření směsi původního dielektrika se vzduchem). Nově navrhované materiály s nízkou permitivitou přitom nesmějí výrazně omezovat současně používané křemíkové technologie a dále musí být schopny absolvoval všechny výrobní kroky (včetně teplot cca 1100°C). Zpracování tématu si bude vyžadovat experimentální práce při přípravě vzorků, teoretické studium možností dosažení nízkých permitivit i měření elektrických vlastností vytvořených materiálových systémů. 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 Janis CCS-400/204 pro teplotní interval 10 – 500 K. 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 μHz – 40 MHz a rovněž infračervený spektrometr Nicolet 8700 s Fourierovou transformací pro interval vlnových čísel 20 000 – 350 cm-1.
Školitel: Liedermann Karel, doc. Ing., CSc.
Cílem výzkumu je studium elektrických vlastností elektrotechnické keramiky na bázi CaCu3Ti4O12 (CCTO) s příměsemi přechodových kovů a lanthanidů. Pozornost bude soustředěna především na identifikaci mechanismů vedoucích k vysoké permitivitě (řádu 104 – 105) a na následnou modifikaci keramiky CCTO s cílem snížit dielektrické ztráty a rozšířit frekvenční interval, v němž si permitivita zachovává svou vysokou hodnotu, směrem do oblasti GHz. 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. 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 102 – 109 Hz, včetně héliového kryostatu Janis CCS-400/204 pro teplotní interval 10 – 500 K a řídícího softwaru. 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 μHz – 40 MHz a rovněž infračervený spektrometr Nicolet 8700 s Fourierovou transformací pro interval vlnových čísel 20 000 – 350 cm-1.
Superkondenzátory jsou používány jako doplňkové zdroje energie pro pokrytí proudových špiček s aplikací převážně v automobilovém průmyslu a vesmírných aplikacích. Předpokládaná životnost součástek používaných pro vesmírné aplikace je minimálně 10 let. Odhad dlouhodobé spolehlivosti je v současné době prováděn především na základě změny sledovaných parametrů v důsledku časově náročných testů na bázi zrychleného stárnutí. Součástky, které projdou těmito testy a změna sledovaných parametrů je v určených mezích, jsou posléze certifikovány k požadovanému využití. Lze nicméně předpokládat, že použité testy spolehlivosti dodají do měřených struktur řadu defektů. V doktorské práci by se provedla jednak analýza vlivu stárnutí na strukturu superkondenzátoru a dále návrh indikátorů spolehlivosti k odhadu kvality a spolehlivosti superkondenzátorů.
Školitel: Sedláková Vlasta, doc. Ing., Ph.D.
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 102 – 109 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 μHz – 40 MHz a rovněž infračervený spektrometr Nicolet 8700 s Fourierovou transformací pro interval vlnových čísel 20 000 – 350 cm-1.
Předmětem výzkumu bude studie vlastností nanokompozitů pro elektroizolační produkty pro vysoké napětí, např. přístrojové transformátory a měřící senzory. Tyto materiály tvoří elektroizolační zalévací hmoty na bázi epoxidových pryskyřic. Cílem práce bude implementace nanočástic do elektroizolačních zalévacích hmot z důvodu zlepšení jejich vlastností, a to převážně zlepšit elektrickou pevnost, zmenšit dielektrické ztráty, zvýšit odolnost proti částečným výbojům a elektrickým stromečkům a další.
Při mechanickém zatěžování elektricky nevodivých pevných látek dochází ke vzniku mikrotrhlin, který je provázen generací akustického (AE) a elektromagnetického (EME) 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 ve elektrotechnice, strojírenství a stavebnictví při diagnostice materiálů a konstrukcí nebo v geofyzice při predikci zemětřesení. Cílem práce bude posoudit možnosti určování primárních parametrů vznikajících mikrotrhlin a jejich lokalizace jak v klasických materiálech jako je beton nebo žula, 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. Důležitou součástí řešení bude i problematika řízení hydraulického lisu a vytvoření automatizovaného pracoviště pro měření signálů EME a AE. Doktorand bude během své výzkumné práce zapojen do vědeckovýzkumných projektů SIX (Centrum senzorických, informačních a komunikačních systémů) a CEITEC (Středoevropský technologický institut).
Vláknové optické senzory nabízejí v dnešní době široké množství aplikací. Mezi jejich základní výhody patří nízká hmotnost, velmi malé rozměry, pasivita, vysoká citlivost, linearita, odolnost proti chemické korozi, vysoké teplotě, velká šířka pásma a hlavně odolnost proti elektromagnetickému rušení. Tyto senzory tak můžeme využít jako senzory rotace, zrychlení, teploty, tlaku, vlhkosti chemických a biochemických vlastností. Tématem této práce je se zaměřit na použití těchto senzorů pro oblast diagnostiky materiálů, či monitorování budov a konstrukci (structual health monitoring), kdy se detekuje akustická vlna generovaná degradačními procesy v materiálu či konstrukci monitorovaného objektu. Cílem práce je navrhnout a implementovat systém, jež by například mohl sloužit k detekci částečných výbojů u výkonových transformátorů.