studijní program

Chemistry, Technology and Properties of Materials

Fakulta: FCHZkratka: DPAP_CHM_4_NAk. rok: 2021/2022

Typ studijního programu: doktorský

Kód studijního programu: P0531D130050

Udělovaný akademický titul: Ph.D.

Jazyk výuky: angličtina

Poplatek za studium: 2000 EUR/ročně pro studenty z EU, 2000 EUR/ročně pro studenty mimo EU

Akreditace: 30.4.2020 - 30.4.2030

Forma studia

Prezenční studium

Standardní doba studia

4 roky

Garant programu

Oborová rada

Oblasti vzdělávání

Oblast Téma Podíl [%]
Chemie Bez tematického okruhu 100

Cíle studia

Cílem doktorského studijního programu „Chemistry, Technology and Properties of Materials “ je vzdělávání a komplexní odborná příprava odborníků vysoce vzdělaných v tomto oboru, určených pro samostatnou tvůrčí, vědeckou a výzkumnou činnost. Obecný základ programu tvoří znalostmi z oblasti studia materiálových struktur a jejich chemických a fyzikálních vlastností, přičemž důraz je kladen na souvislosti mezi přípravou materiálů, jejich chemickým složením, strukturou a vlastnostmi materiálů. Zaměření na konkrétní materiály je dáno orientací výzkumné činnosti na fakultě, která je v rámci materiálového výzkumu realizována v rámci špičkově vybaveného Centra materiálového výzkumu a je fokusována jak na anorganické materiály (silikáty, keramika, kovy) tak i na pokročilé organické materiály pro organickou elektroniku a fotoniku a polymerní materiály.
Studijní program je zaměřen chemicko-technologicky, cílem programu je proto také předat absolventům teoretické i praktické zkušenosti s materiálově orientovanými chemickými technologiemi. Dalším cílem je studentům zprostředkovat a odborně zabezpečit krátkodobé i dlouhodobé pobyty na zahraničních institucích, kde budou mít možnost v rámci rozvíjení témat své dizertace spolupracovat se zahraničními odborníky. V neposlední řadě je cílem studia rozvíjet schopnosti studentů prezentovat a předávat získané poznatky v cizím jazyce a to jak formou publikování v zahraničních vědeckých časopisech, tak i aktivní účastí na konferencích. Dále se v návaznosti na Studijní a zkušební řád VUT předpokládá, že studenti budou participovat na výuce studentů. Jednat se bude především o semináře, výpočtová a laboratorní cvičení a konzultacích v rámci závěrečných prací mladších kolegů, čímž získají studenti pedagogickou praxi a zkušenost s odborným vedením studentů. Program tak připravuje vysoce kvalifikované odborníky jak pro výzkumné pozice ve výzkumně orientovaných institucích a univerzitách, tak i pro technologické a případně i manažerské pozice v materiálově a chemicky orientovaném průmyslu.

Profil absolventa

Absolventi doktorského programu Chemistry, Technology and Properties of Materials jsou vybaveni hlubokými experimentálními a teoretickými znalostmi z oblasti studia materiálových struktur, studia jejich chemických a fyzikálních vlastností a z nich vyplývajících požadavků na technologické zpracování pro konkrétní aplikace. Ovládají řadu metod pro přípravu a charakterizaci materiálů a to nejen v rovině teoretického popisu a laboratorního využití, ale jsou seznámeni také s praktikami jejich využití v praxi.
Doktorandi jsou vedeni k samostatnému tvůrčímu myšlení a technologické předvídavosti, což jim umožní řešit i technologické problémy v řadě provozů. Absolvent je schopen kritického myšlení jak při formulaci nových problémů, je schopen navrhovat metodiku a strategie při řešení problémů v praxi. Umí kriticky analyzovat a zhodnotit výsledky experimentální práce i teoretických studií. Systém povinně volitelných předmětů umožňuje přizpůsobení studia individuálnímu zaměření studenta a to zejména do oblastí silikátových a keramických materiálů, kovových materiálů a molekulárních a polymerních materiálů pro organickou elektroniku a fotoniku.
Absolvent je schopen komunikovat s odborníky v oblasti materiálového výzkumu včetně prezentace výsledků své činnosti na mezinárodních fórech. Díky úzkému spojení studia s výzkumnou činností mohou absolventi snadno nastupovat do pozic ve výzkumu a vývoji na vysokých školách, veřejných i soukromých výzkumných institucích či v oblasti firemního výzkumu. Vzhledem k povinné praxi v zahraničí a povinnosti prezentovat získané výsledky v zahraničních časopisech, se v těchto pozicích bez problémů uplatňují i v zahraničí. Absolventi jsou schopni pracovat jako vedoucí technologických týmů v chemických a průmyslových provozech, díky znalostí materiálových technologií se uplatní se rovněž i na dalších inženýrských a vedoucích pozicích v průmyslových podnicích. Získané znalosti umožňují absolventům zastávat manažerské a řídící funkce a to nejen v rámci svého oboru.

Charakteristika profesí

Jedná se o dlouhodobě uskutečňovaný studijní program, jehož absolventi nacházejí výborné uplatnění na trhu práce jak na výzkumných pozicích v rámci univerzit, ústavů AV ČR a výzkumných institucí (např. Polymer institute Brno, Výzkumný ústav maltovin, s. r. o., Výzkumný ústav organických syntéz, a. s.,), tak i v rámci technologických a manažerských pozic v materiálově a chemicky orientovaném průmyslu (např. SYNTHON, PRECHEZA, Českomoravský cement, a. s., HELUZ cihlářský průmysl, v. o. s., Continental Automotive Czech Republic a další).

Podmínky splnění

Studijní povinnosti jsou obecně stanoveny ve třetí části Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně a podrobněji specifikovány v odpovídající směrnicí fakulty. Specifické studijní povinnosti jsou určeny individuálním studijním plánem.
Student si zapíše a vykoná zkoušky v jednom povinném a minimálně ve dvou povinně volitelných předmětech, které si volí s ohledem na zaměření jeho disertační práce. Ke státní doktorské zkoušce se může student přihlásit až po vykonání všech zkoušek předepsaných jeho individuálním studijním plánem. Před státní doktorskou zkouškou student vypracuje pojednání k disertační práci, v níž detailně popíše cíle práce, důkladné zhodnocení stavu poznání v oblasti řešené disertace, případně charakteristiku metod, které hodlá při řešení uplatňovat. Obhajoba pojednání, které je oponováno, je součástí státní doktorské zkoušky. V další části zkoušky musí student prokázat hluboké teoretické znalosti v oboru. Státní doktorská zkouška probíhá ústní formou a je složena z tematických okruhů týkajících se povinného teoretického předmětu Fyzika a chemie materiálů a povinně volitelných předmětů.
K obhajobě disertační práce se student hlásí až po vykonání státní doktorské zkoušky a po splnění podmínek pro ukončení, jakými jsou účast na výuce, minimálně šesti měsíční studijní nebo pracovní stáž v zahraničí, alespoň jedna ústní prezentace práce v anglickém jazyce (konference, workshopy…) a splnění níže uvedených podmínek v oblasti tvůrčí činnosti.

Vytváření studijních plánů

Pravidla a podmínky vytváření individuálních studijních plánů jsou stanoveny Studijním a zkušebním řádem VUT, čl. 32 a blíže specifikovány odpovídající směrnicí fakulty. Oba tyto předpisy podrobně rozvádějí dále stručně uvedené pravidla a podmínky pro tvorbu studijních plánů.
Při nástupu do studia je stanoveno obsahové zaměření studia a související tvůrčí činnosti, určeny minimálně tři studijní předměty, které je student povinen absolvovat (povinným předmětem pro všechny studenty je předmět Fyzika a chemie materiálů), související činnosti (zahraniční případně i domácí stáže, účast na konferencích) a pedagogická praxe. Zároveň je určen časový plán všech aktivit pro první ročník s výhledem na další roky studia. Plnění individuálního studijního plánu je každoročně vyhodnocováno a aktualizováno studentem a školitelem, následně je projednán oborovou radou, která jej schvaluje.
Během prvních pěti semestrů skládá doktorand zkoušky z povinného a povinně volitelných předmětů a intenzivně se zabývá studiem a analýzou poznatků v oboru stanoveném tématem disertační práce a jejich publikováním. Nejpozději do konce třetího roku studia skládá doktorand státní doktorskou zkoušku, jíž prokazuje široký rozhled a hluboké znalosti v oboru, souvisejícím s tématem disertační práce. Ve třetím a čtvrtém ročníku svého studia pokračuje doktorand ve výzkumné činnosti, publikuje dosažené cíle a zpracovává svoji disertační práci. Doktorandi ve čtvrtém roku studia předkládají do konce zimního zkouškového období svému školiteli rozpracovanou disertační práci. Hotovou disertační práci doktorand odevzdá do konce 4. ročníku studia. Součástí dizertační práce jsou výsledky publikované v mezinárodních impaktovaných časopisech, přičemž minimálně u jedné publikace je student prvním autorem.
Součástí studijních povinností v doktorském studijním programu je absolvování části studia na zahraniční instituci nebo účast na mezinárodním tvůrčím projektu s výsledky publikovanými nebo prezentovanými v zahraničí nebo jiná forma přímé účasti studenta na mezinárodní spolupráci.

Dostupnost pro zdravotně postižené

Podmínkou přijetí ke studiu je potvrzení lékaře o zdravotní způsobilosti ke studiu. Studium je spojeno s prací v chemických a technologických laboratořích a provozech, kde mají studenti přístup k široké škále chemických látek, manipulují a přicházejí do přímého kontaktu s nimi. V rámci laboratorní praxe může být ohroženo nejen zdraví studenta, ale může být i studentem ohroženo zdraví ostatních osob. Proto se při posuzování zdravotní způsobilosti přihlíží kromě obecné zdravotní způsobilosti též k nemocem a chorobným stavům, které mohou být kontraindikací pro práci s chemickými látkami, případně představují pro tuto práci určitá omezení. Více informací o specifikaci nemocí a chorob je zveřejněno v elektronické přihlášce a na web stránkách pro uchazeče o studium http://www.fch.vut.cz/cs/zajemce-o-studium.html

Návaznost na další typy studijních programů

Program navazuje na magisterské studijní programy v oblasti chemie, chemie a fyziky materiálů, případně materiálového inženýrství.

Vypsaná témata doktorského studijního programu

  1. Charakterizace elektrických a dielektrických vlastností tenkých organických vrstev

    Tato práce zahrnuje výstavbu modulů a zařízení pro elektrické měření tenkých organických vrstev, provedení měření a vývoj modelů pro vysvětlení pozorovaných jevů.

    Školitel: Zhivkov Ivaylo, doc. Mgr., Ph.D.

  2. Návrh a syntéza organických polovodičů s lepší molekulární organizovaností a rozpustností

    Práce se zabývá syntézou a charakterizaci pokročilých organických polovodičů, jejích oligomerů a polymerů, které budou modifikované implementovaným fragmentem zabezpečujícím vysokou prostorovou organizovanost. Dalším důležitým parametrem bude vyhovující rozpustnost studovaných organických materiálů. Nově syntetizované systémy budou vykazovat 2D a 3D uspořádání pro aplikace v organické elektronice.

    Školitel: Krajčovič Jozef, doc. Ing., Ph.D.

  3. Netradiční přístupy k reologii anorganických pojiv

    Mezi klíčové aspekty při aplikaci anorganických pojiv patří jejich reologické vlastnosti. Ty musí být vhodně nastaveny tak, aby odpovídaly příslušnému účelu použití. Diametrálně odlišné jsou nároky na běžné betony, samozhutnitelné betony, stříkané betony nebo například pro 3D tisk. Obvykle se tyto vlastnosti zjištují z tokových křivek proložením vhodným reologickým modelem, avšak tento přístup má jen omezené možnosti. Daleko komplexnější popis materiálového chování skýtají měření v oscilačním modu, která jsou však v oblasti anorganických pojiv na počátku svého rozvoje. Hlavním cílem tohoto tématu je tedy zevrubná charakterizace reologického chování běžných i alternativních pojiv právě pomocí oscilačního měření, ale i hledání souvislostí pozorovaných výsledků s povrchovou chemií zkoumaných systémů a využití získaných poznatků pro návrh vhodných přísad použitelných i pro alternativní pojiva, kde běžné přísady selhávají.

    Školitel: Ptáček Petr, prof. Ing., Ph.D.

  4. Nové organické materiály pro aplikace v oblasti bioelektroniky

    Práce se bude zabývat přípravou a charakterizací nových organických materiálů, které jsou perspektivní pro využití v oblasti bioelektroniky. Pozornost bude soustředěna především na charakterizaci optických a elektrických vlastností materiálů připravených ve formě tenkých vrstev. Studovány budou možnosti využití materiálů v tenkovrstvých senzorických systémech umožňujících stimulaci buněk a studium jejich odezvy.

    Školitel: Weiter Martin, prof. Ing., Ph.D.

  5. Pokročilé materiály pro organické a hybridní solární články

    Práce se bude zabývat přípravou a charakterizací materiálů - organických polovodičů, které jsou perspektivní pro využití v oblasti organické a hybridní fotovoltaiky. V rámci práce budou metodami materiálového tisku a dalšími metodami připravovány a charakterizovány organické solární články a studovány jejich vlastnosti. Pozornost bude soustředěna především na charakterizaci optických a elektrických vlastností materiálů a solárních článků. Cílem je optimalizace vlastností solárních článků s ohledem na jejich konkrétní možnosti uplatnění. Předpokládá se zapojení doktoranda do mezinárodního výzkumného projektu se zaměřením na organickou fotovoltaiku.

    Školitel: Weiter Martin, prof. Ing., Ph.D.

  6. Struktura a vlastnosti polymerních vláken pro udržitelné textilní aplikace

    Textilní aplikace jsou zdrojem velkého množství mikroplastů v životním prostředí. Cílem tématu je přispět k vývoji udržitelného textilu na bázi biosource materiálů. Velkou výhodou by byla jejich biodegradabilita v odpadních vodách, kde se nacházejí ve významných koncentracích z důvodu praní a sušení textilu. Práce je proto zaměřena na vývoj materiálů pro technologii zvlákňování a studium vlivu chemické struktury těchto materiálů na mechanické vlastnosti, morfologii a aplikační vlastnosti vláken. Zahrnuje také studium možností ekologické likvidace těchto materiálů.

    Školitel: Přikryl Radek, Mgr., Ph.D.

  7. Studium elektrických a dielektrických vlastností materiálů pro přípravu fotovoltaických článků

    Práce bude zaměřena na studium dielektrických vlastností (komplexní permitivity) materiálů používaných k výrobě fotovoltaických článků. Ke studiu budou využity metody impedanční spektroskopie a stejnosměrných měření

    Školitel: Zmeškal Oldřich, prof. Ing., CSc.

  8. Studium optických vlastností tenkých vrstev perovskitů

    Práce bude zaměřena na studium vlastností povrchů tenkých vrstev používaných při přípravě tenkovrstvých struktur s vrstvami perovskitu

    Školitel: Zmeškal Oldřich, prof. Ing., CSc.

  9. Syntéza a aplikace přírodou inspirovaných materiálů pro fotokatalytické procesy

    Práce se zabývá syntézou a charakterizaci přírodou inspirovaných molekul, obsahujících fragmenty, které umožní distribuci náboje v rámci organického skeletu. Pro syntézu budou navržené molekuly i na základě kvantově chemické (DFT) kalkulace, aby co nejpřesněji splňovali požadovaná kritéria. Nově syntetizované organické systémy, budou studované a využívané pro fotokatalytické aplikace.

    Školitel: Krajčovič Jozef, doc. Ing., Ph.D.

  10. Syntéza a charakterizace aktivovaných belitických cementů

    Práce se zaměřuje na přípravu cementů s vysokým obsahem beta-dikalciumsilikátu (belitu) a zvyšování jeho hydraulické aktivity vhodnými přísadami.

    Školitel: Ptáček Petr, prof. Ing., Ph.D.

  11. Syntéza a charakterizace polymerních barierových povlaků z obnovitelných zdrojů

    Náplní tohoto tématu je výzkum a vývoj povlaků s řízenými vlastnostmi z obnovitelných zdrojů jako alternativa k petrochemickým povlakům. Polymerní coating nachází uplatnění v obalovém průmyslu, výrobě systémů pro čištění vody, farmaceutickém průmyslu aj., přičemž přidanou hodnotu možnosti výroby z obnovitelných zdrojů lze využít například při produkci spotřebního jednorázového zboží. Náplní práce je vypracování rešerše zaměřující se na objasnění souvislosti mezi strukturou prekurzorů a fyzikálně chemickými vlastnostmi výsledných povlaků. Experimentální část práce se bude zaměřovat na vlastní syntézu směsí pro tvorbu povlaků, a to především z hlediska- strukturní a fyzikálně chemické modifikace vstupních reaktantů. Primárním cílem této modifikace bude zajištění jejich řízené polymerace z prekurzoru a zajištění výskytu konkrétních funkčních skupin ve struktuře prekurzoru, které budou zprostředkovávat požadované fyzikální vlastnosti směsi po její depozici na různé substráty. Bude realizována podrobná fyzikálně-chemická charakterizace vstupních prekurzorů povlaků a výsledných povlaků, u nichž bude hlavní pozornost věnována transportním (rychlost difúzního uvolňování nebo prostupu aktivních látek vrstvou coatingu, permeabilita pro plyny) vlastnostem a jejich strukturní a morfologické stabilitě za různých aplikačně relevantních podmínek (kinetika chemické a/nebo biologické degradace).

    Školitel: Přikryl Radek, Mgr., Ph.D.

  12. Syntéza a chrakterizace PTC keramiky na bázi BaTiO3

    Téma je zaměřené na přípravu a charakterizaci polovodivé PTC (Positive Temperature Coefficient) keramiky na bázi dopovaného BaTiO3 pro aplikace v elektrotechnickém a automobilovém průmyslu. Práce bude řešena ve spolupráci s průmyslových partnerem studijního programu společností TDK Electronics.

    Školitel: Ptáček Petr, prof. Ing., Ph.D.

Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

1. ročník, celoroční semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Pov.Uk.Hod. rozsahSk.Ot.
DA_FCHMPhysics and chemistry of materialsen0Povinnýdrzkano
DA_PMTAdvanced Materials Technolgies and Applicationsen0Povinně volitelnýdrzkano
DA_KOVAdvanced Metallic Materialsen0Povinně volitelnýdrzkano
DA_KMCeramic materialsen0Povinně volitelnýdrzkano
DA_EAPExperimental and analytical techniques of practical organic synthesisen0Povinně volitelnýzkano
DA_CHIAChemical Engineering for Material Applicationsen0Povinně volitelnýzkano
DA_MPMMaterials Science-Fundamentals and Advancesen0Povinně volitelnýdrzkano
DA_MIMModern instrumental methods for material analysisen0Povinně volitelnýzkano
DA_MMMolecular materialsen0Povinně volitelnýdrzkano
DA_FPDPhotoinduced processes in molecular materialsen0Povinně volitelnýdrzkano
DA_PTVPreparation and properties of thin layers of materialsen0Povinně volitelnýdrzkano
DA_VSDUtilisation of secondary productsen0Povinně volitelnýdrzkano