Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
studijní program
Fakulta: CEITEC VUTZkratka: CEITEC-AMN-EN-PAk. rok: 2021/2022
Typ studijního programu: doktorský
Kód studijního programu: P0588D110003
Udělovaný titul: Ph.D.
Jazyk výuky: angličtina
Poplatek za studium: 3000 EUR/ročně pro studenty z EU, 3000 EUR/ročně pro studenty mimo EU
Akreditace: 26.4.2021 - 26.4.2031
Forma studia
Prezenční studium
Standardní doba studia
4 roky
Garant programu
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D.
Oborová rada
Předseda :prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D.Místopředseda :prof. Ing. Radimír Vrba, CSc.Člen interní :prof. RNDr. Josef Jančář, CSc.prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.doc. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D.prof. RNDr. Karel Maca, Dr.Člen externí :prof. RNDr. Ludvík Kunz, CSc.prof. RNDr. Václav Holý, CSc.prof. RNDr. Jiří Pinkas, Ph.D.
Oblasti vzdělávání
Cíle studia
Cílem studia v navrhovaném doktorském studijním programu je výchova odborníků vzdělaných na mezinárodní úrovni v oblasti pokročilých materiálů a nanověd s hlubokým víceoborovým základem z oblastí fyziky, chemie a materiálových věd, pokročilými dovednostmi v technologické oblasti a s přesahem do věd o živé přírodě. Tito odborníci budou připraveni k samostatné tvůrčí vědecké a výzkumné práci v akademické i aplikační sféře kdekoli v tuzemsku i zahraničí. Cílů studia se dosahuje vlastní tvůrčí vědeckou a výzkumnou činností doktorandů vedenou vědeckými pracovníky s mezinárodním kreditem na školicích pracovištích zapojených do uskutečňování programu s využitím výzkumné infrastruktury na světové úrovni. Tato tvůrčí činnost odpovídá výzkumným směrům rozvíjeným v rámci mezinárodních i národních výzkumných projektů v následujících hlavních oblastech: pokročilé nano- a mikro-technologie, pokročilé bio-nano- a bio-mikro-technologie, kvantové technologie a pokročilé materiály a bio-materiály.
Profil absolventa
Absolvent studia má odborné znalosti a dovednosti pro vlastní tvůrčí vědeckou a výzkumnou činnost v oblastech výzkumných aktivit školicích pracovišť. Jde zejména o následující oblasti: ab initio výpočty, příprava a charakterizace pokročilých keramických a polymerních materiálů, kompozitů a biomateriálů, pokročilých nízkodimenzionálních materiálů, nanostruktur vhodných pro nanoelektronické a nanofotonické aplikace, struktur pro nanomagnetismus a spintroniku, molekulárních nanostruktur na površích, epitaxních materiálů a nanostruktur, pokročilé metody charakterizace, analýzy a metrologie nanomateriálů a nanostruktur, magneto-optická a terahertzová spektroskopie, chytré nanonástroje pro materiálové vědy i biomedicínu, experimentální biofotonika, kybernetika pro materiálové vědy, jakož i příslušné aplikace v energetice budoucnosti, elektronice, medicíně a biologii a dalších oblastech. Tyto znalosti, dovednosti a kompetence spočívají na teoretickém víceoborovém základu z oblastí fyziky, chemie a materiálových věd včetně multioborových přesahů. Vysoká úroveň získaných znalostí a dovedností je založena na personálním a laboratorním zázemí světové úrovně poskytovaném školicími pracovišti – vysokoškolským ústavem CEITEC VUT a Ústavem fyziky materiálů AV ČR, pracovním kontaktem s řadou hostujících profesorů, výzkumnou infrastrukturou CEITEC Nano, účastí ve významných vědeckých projektech a spoluprací s významnými zahraničními vědeckými i aplikačními pracovišti. Je rovněž vyžadována minimálně tříměsíční stáž studenta na zahraničním vědeckovýzkumném pracovišti. Absolvent je tím připraven komunikovat i publikovat svou práci v angličtině na mezinárodním fóru. Během studia si teoreticky i prakticky osvojí rovněž další významné aspekty vědecké práce – etická témata, praxi financování vědy a vedení výzkumu a další dovednosti z oblasti soft skills. Díky tomuto souhrnu odborných i měkkých dovedností naleznou absolventi programu uplatnění ve vědě a výzkumu na tuzemských i zahraničních akademických a výzkumných institucích, a rovněž v high-tech společnostech na pozicích vedoucích týmů, výzkumníků, vývojových pracovníků, konstruktérů a programátorů.
Charakteristika profesí
Vzhledem ke kvalitě školitelů na CEITEC VUT, mezi něž patří i tři držitelé ERC, koordinátoři mezinárodních grantů, jeden z nejcitovanějších chemiků světa (M. Pumera) a řada dalších citovaných kvalitních školitelů jako garantů odborných kompetencí studentů jsou absolventi výborně připraveni k uplatnění ve vědě a výzkumu na tuzemských i zahraničních akademických a výzkumných institucích, a rovněž v high-tech společnostech na pozicích vedoucích týmů, výzkumníků, vývojových pracovníků, konstruktérů a programátorů.
Podmínky splnění
Studentům jsou doporučeny následující studijní předměty: DS112 - Ab initio predikce mechanických a magnetických vlastností pevných látek DS101 - Anorganická materiálová chemie DS202 - Biokeramické materiály a biokompozity DS102 - Diagnostika a měření funkčních vlastností nanostruktur DS103 - Experimentální biofotonika FDAD18 - Fyzika detekce a detektory DS104 - Fyzikální základy deformace pevných látek DS105 - Greenovy funkce v moderní fyzice kondenzovaných látek DS215 - Kapitoly z pokročilých nekovových materiálů DS204 - Koloidy, povrchy a katalýza DS114 - Laserová spektroskopie DS106 - Mikro- a nano-počítačová tomografie DS207 - Mikromechanika deformace a lomu pokročilých materiálů DS107 - Mikrotechnologie DS108 - Nanofotonika DS208 - Neoxidová keramika DS216 - Pokročilá lomová mechanika DS116A - Pokročilá témata v nanotechnologiích DS201A - Pokročilé kapitoly z fyziky polymerů DS210 - Pokročilé syntézy nanočásticových keramických materiálů DS211A - Polymery v medicíně DS113 - Principy nanověd a nanotechnologií F6530 - Spektroskopické metody DS213 - Technologie pokročilé keramiky DS129A - Úvod do molekulárního magnetismu DS115A - Vědy o površích DS214 - Vysokoteplotní procesy v anorganických materiálech kurzy měkkých dovedností: DS446 - Friday CEITEC BUT seminar S4002 - Zákon, etika a filozofie vědy jazykový kurz: DS444 - Akademická angličtina pro doktorské studium Studijní povinnosti: 1. Na začátku každého akademického roku v termínu stanoveném ředitelem CEITEC VUT se koná hodnocení studia doktorandů v souladu s čl. 35 Studijního a zkušebního řádu VUT: - Školitel písemně hodnotí plnění studijních povinností doktoranda na základě zprávy o výsledcích činnosti, kterou písemně vypracovává doktorand. - Doktorand dále veřejně referuje o svém studiu, výsledcích řešení tvůrčích úkolů a o přípravě disertační práce před komisí tvořenou ředitelem CEITEC VUT, předsedou oborové rady, příslušným koordinátorem vědeckého programu, příslušným vedoucím výzkumné skupiny a školitelem, případně jimi stanovenými zástupci. Komise na základě předložených písemných materiálů, doktorandovy prezentace a následné diskuse posoudí výsledky dosavadního studia a soulad s individuálním studijním plánem a případně navrhne úpravy výše stipendia. - Hodnocení doktoranda je projednáno oborovou radou a podepsáno ředitelem CEITEC VUT do konce kalendářního roku. O výsledku je informován doktorand, školitel a vedoucí výzkumné skupiny. 2. Podmínky pro postup do vyššího ročníku studia jsou následující: - pro postup do druhého ročníku je nutno do konce prvního roku studia úspěšně ukončit alespoň dva předměty zapsané v individuálním studijním plánu (do tohoto minima se započítávají pouze odborné předměty, nikoli předměty měkkých dovedností, kurz anglického jazyka apod.), - pro postup do třetího ročníku je nutno do konce druhého roku studia úspěšně ukončit všechny zapsané předměty a přihlásit se ke státní doktorské zkoušce, - pro postup do čtvrtého ročníku studia je třeba do konce třetího roku studia úspěšně složit státní doktorkou zkoušku a dosáhnout výsledků tvůrčí (vědecké a odborné) činnosti publikovaných či přijatých k publikaci ve významném časopise. Nejsou-li tyto podmínky splněny, projedná oborová rada návrh na ukončení studia doktoranda (čl. 35 odst. 4 studijního řádu). Pokud oborová rada doporučí studium ukončit (také dojde-li k neplnění požadavků podle čl. 50 Studijního a zkušebního řádu VUT) ředitel CEITEC VUT o ukončení studia rozhodne. O výjimkách rozhoduje s přihlédnutím ke stanovisku oborové rady a školitele ředitel CEITEC VUT, a to na základě zdůvodněné žádosti doktoranda. 4. Doktorandi v prezenční i kombinované formě studia se zapisují do dalšího roku studia na studijním oddělení v prvním týdnu měsíce září. Od pátého roku studia včetně je studium možné pouze v kombinované formě. Individuální studijní plán: Určuje průběh studia doktoranda ve studijním programu a obsahuje zejména: - identifikační údaje doktoranda a studijního programu, - obsahové zaměření jeho samostatné vědecké, výzkumné, vývojové činnosti a jeho vlastní vzdělávací činnosti s ohledem na téma disertační práce, - přehled studijních předmětů, které je doktorand povinen absolvovat, - popis předpokládané účasti na speciálních kurzech, letních školách, přednáškách apod., - popis náplně pedagogické praxe, - předpokládané místo studijního pobytu v zahraničí, - časové rozvržení studia (termíny ukončení předmětů, termín přihlášení ke státní doktorské zkoušce a jejího složení, termín odevzdání disertace). Studijní předměty: Doktorand po dohodě se školitelem a podle jeho pokynů zpravidla zapisuje alespoň: - dva studijní předměty z obecného teoretického základu oboru disertační práce a další dva studijní předměty související s tématem disertační práce (s ohledem na stávající znalosti doktoranda tak, aby se jeho obecné znalosti rozšířily a jeho orientace v oblastech výzkumu prohloubila). - jeden předmět měkkých dovedností a odborných znalostí (v prvním ročníku povinně předmět „Friday CEITEC BUT seminar“, který dává doktorandovi potřebné vstupní znalosti a dovednosti ke studiu), - pokročilý kurz akademické angličtiny na úrovni B2-C1 Přednostně se přitom volí předměty obsažené v této akreditační žádosti (viz seznam doporučených předmětů výše), poté lze (po dohodě s příslušným garantujícím pracovištěm) zvolit i studijní předměty z analogické nabídky některé fakulty VUT či jiné univerzity v ČR nebo v zahraničí. V odůvodněných případech lze zapsat maximálně jeden předmět magisterského studia. V případě studia uskutečňovaného v angličtině si doktorand zapisuje pokročilý kurz českého jazyka. Minimální počet zapsaných předmětů včetně cizího jazyka je šest. Studijní předměty se zapisují v takové časové struktuře, aby vznikl dobrý předpoklad splnění studijních povinností. Nabídka studijních předmětů je doplňována přednáškami významných českých a zahraničních odborníků v rámci pravidelně pořádaných seminářů. Státní doktorská zkouška: Doktorand se může přihlásit ke státní doktorské zkoušce poté, co úspěšně ukončí studium všech předmětů zapsaných v individuálním studijním plánu. Přihlašuje se tím, že platným způsobem odevzdá pojednání ke státní doktorské zkoušce podle čl. 38 Studijního a zkušebního řádu VUT. Toto pojednání obsahuje zejména kriticky zhodnocený stav poznání v oblasti disertační práce, vymezení jejích cílů, přehled dosavadních výsledků práce a charakteristiku metod řešení zvolených pro dosažení zbývajících cílů. Pověřený člen zkušební komise připraví stanovisko k tomuto pojednání. U státní doktorské zkoušky doktorand prokazuje znalosti v oboru disertační práce a ve studijní oblasti (s ohledem na absolvované studijní předměty). Součástí státní doktorské zkoušky je rovněž diskuse související s tématem disertační práce, o stavu rozpracovanosti disertace, již dosažených výsledcích práce a metodice práce. Obhajoba disertační práce: Doktorand se může přihlásit k obhajobě disertační práce po vykonání státní doktorské zkoušky a poté, co byly výsledky jeho práce publikovány (případně přijaty k publikaci) alespoň v 1 článku v mezinárodním časopise s impaktním faktorem, přičemž publikace se musí týkat tématu disertační práce a doktorand musí být autorem s prokazatelně významným přínosem (např. autor teoretické části publikace).
Vytváření studijních plánů
Pravidla a podmínky pro tvorbu studijních programů určují: ŘÁD STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT https://www.vutbr.cz/uredni-deska/vnitrni-predpisy-a-dokumenty/vnitrni-predpisy-vut-rad-studijnich-programu-vut-d146765 STANDARDY STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT – Směrnice č. 69/2017 https://www.vutbr.cz/uredni-deska/vnitrni-predpisy-a-dokumenty/smernice-69-2017-standardy-studijnich-programu-vut-d154567 STUDIJNÍ A ZKUŠEBNÍ ŘÁD VUT https://www.vutbr.cz/uredni-deska/vnitrni-predpisy-a-dokumenty/archiv-vnitrni-predpisy-vut-studijni-a-zkusebni-rad-vut-d149085 SMĚRNICE REKTORA Č. 66/2017 Pravidla pro organizaci studia na Středoevropském technologickém institutu VUT (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně) https://www.vutbr.cz/uredni-deska/vnitrni-predpisy-a-dokumenty/smernice-c-66-2017-pravidla-pro-organizaci-studia-na-stredoevropskem-technologickem-institutu-vut-d153408 SMĚRNICE ŘEDITELE STI VUT v BRNĚ Jednací řád oborové rady doktorského studijního programu Návrh směrnice je v příloze žádosti o akreditaci. Směrnice platná pro současný studijní program uskutečňovaný ve spolupráci s MU v Brně je zde: https://www.ceitec.cz/jednaci-rad-oborove-rady-pdf/f34897 Studium v DSP se neuskutečňuje v kreditovém systému. Klasifikační stupně jsou „prospěl“, „neprospěl“. Studium se řídí individuálním studijním plánem: 1. Individuální studijní plán zpracovává na začátku doktorského studia doktorand společně se školitelem v informačním systému Apollo. Individuální studijní plán schválený studentem, školitelem a vedoucím příslušné výzkumné skupiny (případně vedoucím školicího pracoviště) je prostřednictvím studijního oddělení předložen nejpozději do 30 dnů ode dne zápisu studenta ke studiu řediteli CEITEC VUT, který jej po projednání v oborové radě schvaluje. Celá schvalovací procedura musí být ukončena do 80 dnů od zahájení studia. O jejím výsledku je doktorand i školitel informován. Originál individuálního studijního plánu archivuje studijní oddělení, kopii na vyžádání obdrží doktorand a jeho školitel. 2. Tento studijní plán obsahuje zejména: identifikační údaje doktoranda a studijního programu, obsahové zaměření jeho samostatné vědecké, výzkumné, vývojové činnosti a jeho vlastní vzdělávací činnosti s ohledem na téma disertační práce, přehled studijních předmětů, které je doktorand povinen absolvovat, popis předpokládané účasti na speciálních kurzech, letních školách, přednáškách apod., popis náplně pedagogické praxe, předpokládané místo studijního pobytu v zahraničí, časové rozvržení studia (termíny ukončení předmětů, termín přihlášení ke státní doktorské zkoušce a jejího složení, termín odevzdání disertace). 3. Studijní předměty si doktorand volí po dohodě se školitelem a s ohledem na vybrané téma studia a jeho oborové začlenění zejména z nabídky studijních předmětů akreditovaného doktorského studijního programu. Po dohodě s příslušným garantujícím pracovištěm lze zvolit i studijní předměty z analogické nabídky některé fakulty VUT či jiné univerzity v ČR nebo v zahraničí. V odůvodněných případech lze zapsat maximálně jeden předmět magisterského studia. Doktorand zpravidla zapisuje dva studijní předměty z obecného teoretického základu oboru disertační práce, dva studijní předměty související s tématem disertační práce, jeden předmět měkkých dovedností a odborných znalostí a pokročilý kurz akademické angličtiny. Minimální počet zapsaných předmětů včetně cizího jazyka je šest. 4. Termíny zkoušek je třeba stanovit s ohledem na podmínky postupu do vyšších ročníků: nejméně dvě zkoušky ze studijních předmětů je nutno složit během prvního roku studia (do tohoto minima se započítávají pouze odborné předměty, nikoli předměty měkkých dovedností, kurz anglického jazyka apod.), zkoušky ze všech studijních předmětů je nutno složit a ke státní zkoušce se přihlásit během druhého roku studia, státní doktorskou zkoušku je třeba úspěšně složit během třetího roku studia. 5. Výuka studijních předmětů obvykle probíhá formou konzultací. Pokud si studijní předmět zapíše pět a více studentů, doporučuje se uskutečňovat výuku formou přednášek. V tomto případě výuka probíhá obvykle v rozsahu dvou výukových hodin (2x 50 minut) týdně po dobu deseti týdnů dle „Časového plánu výuky“ příslušného akademického roku. 6. Součástí individuálního studijního plánu doktoranda v prezenční formě studia je pedagogická praxe, která probíhá pod vedením školitele nebo jiného zkušeného pedagoga školicího pracoviště a která slouží k upevnění znalostí doktoranda a k rozvoji jeho prezentačních schopností. Pedagogická praxe se zpravidla uskutečňuje po dobu 4 semestrů v rozsahu průměrně 4 hodiny týdně. 7. Výjimky z výše uvedených zásad pro sestavení individuálního studijního plánu jsou možné v odůvodněných případech.
Návaznost na další typy studijních programů
Studijní program představuje nejvyšší stupeň vzdělávání v oblasti překryvu fyziky, chemie, materiálového inženýrství a nanověd a jejich aplikací. Proto navazuje zejména na akademicky zaměřené navazující magisterské studijní programy „Chemie, technologie a vlastnosti materiálů“, „Chemie pro medicínské aplikace“, „Fyzikální inženýrství a nanotechnologie“ a „Biomedicínské inženýrství a bioinformatika“ a na studijní obor „Materiálové inženýrství“ navazujícího magisterského studijního programu „Aplikované vědy v inženýrství", které jsou uskutečňovány na fakultách VUT.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
Cíl tohoto Ph.D. téma je zkoumat zelenou a snadnou syntézu CD pomocí mikrovlnné hydrotermální metody nebo plazmové syntézy z malých organických molekul. Uhlíkové tečky (CD) jsou fascinující třídou fluorescenčních nanomateriálů, obvykle definovaných jako uhlíkové nanočástice o průměru pod 10 nm. Tato rodina materiálů zahrnuje grafenové kvantové tečky (GQD), uhlíkové kvantové tečky (CQD), uhlíkové nanotečky (CND) a tečky karbonizované polymeru (CPD). CD vykazují fluorescenci závislou na excitační vlnové délce, vynikající chemickou stabilitu a fotostabilitu, vysokou rozpustnost ve vodě, dobrou biokompatibilitu a nízkou toxicitu. Dále mohou být snadno funkcionalizovány jinými molekulami (proteiny, léky, fluorescenční barviva atd.). Ovládáním struktury a velikosti lze jejich vlastnosti přizpůsobit tak, aby uspokojily požadavky různých aplikací v biomedicíně, optoelektronice, solárních článcích, fluorescenčních senzorech, fotokatalýze, elektrochemii a lithium-iontových bateriích. Tato práce bude studovat, jak struktura a dopování CD ovlivňují jejich funkční vlastnosti, zejména fluorescenci a biokompatibilitu.
Školitel: Zajíčková Lenka, doc. Mgr., Ph.D.
Vodík je velmi perspektivním a ekologickým palivem, které může přinést významné ekonomické a environmentální výhody. Hlavní překážkou pro budoucnost vodíkové technologie je však bezpečné a efektivní ukládání vodíku (HS). Ukazuje se, že jedno z možných řešení tohoto problému je HS v pevné fázi kovových materiálů (HSM). Avšak dosud zkoumané HSM nemají vlastnosti vhodné pro ukládání vodíku při nízkých teplotách a tlacích vyžadovaných pro technické aplikace. Pro zvýšení potenciálu HS pro reálné technické aplikace je rozhodující snížení termodynamické stability hydridické fáze. Jedním z možných způsobů ovlivnění termodynamické stability je cílená modifikace fázového a chemického složení výchozího HSM. Hlavní náplní tohoto tématu je experimentální studium HS vlastností modelových Mg slitin v různých stavech struktury od kriticky ochlazených nebo amorfních stavů ke krystalicky uspořádaným strukturám. Tyto materiály by mohly dosáhnout požadovaných HS vlastností i při nižších teplotách a tlacích. Výsledky by mohly ukázat nový směr vývoje nových HSM.
Školitel: Král Lubomír, Ing., Ph.D.
Vlastnosti multifunkčních magnetických materiálů úzce souvisí s jemnou interakcí různých parametrů uspořádání. V této souvislosti je transmisní elektronová mikroskopie (TEM) jedinečnou technikou pro zkoumání vazby mezi strukturou, chemickým složením a magnetismem v subnanometrickém měřítku. Tato práce si klade za cíl zkoumat tento vztah ve statických podmínkách a při působení vnějších podnětů, jako jsou elektrická pole a proudy. Projekt předpokládá předchozí praktické zkušenosti se zobrazováním TEM.
Školitel: Uhlíř Vojtěch, Ing., Ph.D.
Práce se bude zabývat výzkumem nízkohustotních konstrukčních materiálů vytvářených hierarchickým uspořádáváním stavebních bloků do předepsaných lokálních architektur poskytujících dosud nedosaženou kombinaci tuhosti, pevnosti, houževnatosti a odolnosti proti rázovému namáhání při nízké relativní hustotě a specifickém akustickém chování. Základními komponentami budou blokové kopolymery a jejich nanokompozity s řízenou prostorovou disperzí funkčních nanočástic.
Školitel: Jančář Josef, prof. RNDr., CSc.
Cílem projektu je návrh LCP systému a fotochromních dopantů způsobujících lokální konformační změny vyvolávající lokální deformaci a nanokompozitů blokových kopolymerů s kvantovými tečkami, nalezení techniky jejich depozice do fotonických sítí na pevném substrátu a ověření mechanoadaptabilního chování excitovatelného světlem vhodné vlnové délky.
Recyklace a výroba plastů v současné době dosahuje svého vrcholu. Zároveň dnešní legislativa vyžaduje rychlý proces zpracování bez přítomnosti toxických kovů. Zejména nyní hledá plastikářský průmysl nová řešení v oblasti analytické chemie s dostatečnou a rychlou materiálovou analýzou. Spektroskopie laserem buzeného plazmatu je intenzivně využívána v mnohých odvětvích průmyslu. Pro svou odolnost a přístrojovou variabilnost je tato metoda předurčena pro přímou implementaci do výrobních procesů a dokonce i pro zařazení do výrobních linek. Cílem této práce je návrh zařízení LIBS, metodologie pro klasifikaci jednotlivých materiálů z plastů a zejména pro detekci toxických látek
Školitel: Kaiser Jozef, prof. Ing., Ph.D.
Téma disertační práce se zabývá analýzou tenké dielektrické vrstvy na povrchu autoemisních katod, které se provozují za pokojové teploty a slouží jako zdroj volných elektronů pro zařízení vyžadující vysoký kontrast a úzké energiové spektrum svazku. Tenká dielektrická vrstva vytvářející kvantovou bariéru bude charakterizována za pomoci pokročilých spektrálních diagnostických metod. Výsledky těchto analýz budou korelovány s elektrickými parametry emitovaného svazku v podmínkách vysokého a ultra-vysokého vakua. Výstupem práce by mělo být výrazné zlepšení parametrů povlakovaných katod, mezi které patří především zvýšení proudové stability a prodloužení jejich životnosti.
Školitel: Sobola Dinara, doc. Mgr., Ph.D.
Detekce jednotlivých molekul může být pro analytické chemiky považována za „svatý grál“ - přímé počítání molekul je nejpřímější metodou pro odhad jejich koncentrace. Molekulární počítání přetváří způsoby, kterými analytičtí chemici pracují na spolehlivější, přesnější, složitější a dostupnější analýze. Molekuly analytu mohou být specificky označeny luminiscenčními molekulami nebo nanočásticemi a vizualizovány zaznamenáním jejich obrazů digitálním fotoaparátem. Lze tedy odhadnout počet a časoprostorovou distribuci molekul analytu. Fluorescenční molekuly a fluorescenční nanočástice jsou nejznámější optické značky. Obvykle však mají nevýhody fotovybělení, blikání a omezenými schopnostmi multiplexování. K řešení těchto omezení byly zavedeny nanočástice fotonové konverze. Nanočástice fotonové upkonverze (UCNP) poskytují emise krátkých vlnových délek (včetně viditelných) při excitaci blízké infračervené oblasti střední intenzity. Excitace v blízké infračervené oblasti je méně rozptýlená, nezpůsobuje fotochemické poškození živých tkání a nezpůsobuje autofluorescenci, tj. poskytuje zobrazování / detekci „bez pozadí“. UCNP poskytují vynikající stabilitu (hodiny nepřetržitého zobrazování jednotlivých nanočástic) a dobré schopnosti pro multiplexování (velké množství nanočástic může být čárově kódováno na jedné úrovni nanočástic). Tato práce se zaměřuje na další vývoj foton-upkonverzních značek pro jednomolekulové detekce, zkrácení doby analýzy, snížení limitu detekce, zavedení multiplexové detekce jedné molekuly aj. Ultrasenzitivní detekce jedné molekuly slibuje lepší diagnostiku a léčbu nemocí, sledování mikropolutantů v prostředí a vizualizace jedné molekuly se mohou stát rutinním nástrojem v rukou molekulárních biologů.
Školitel: Fohlerová Zdenka, doc. Mgr., Ph.D.
Kelvinova sondová mikroskopie (KPFM) je vynikající nástroj umožňující mapovat rozložení povrchového potenciálu lokálně až s nanometrovým rozlišením. Toho se dá s výhodou využít při studiu rozložení náboje na senzorech nanometrových rozměrů a při studiu p-n rozhraní solárních článků během jejich činnosti. Tato nová informace vedle obvykle studované proudové odezvy senzorů a napěťové odezvy solárních článků umožňuje lépe pochopit probíhající fyzikální procesy a využit této znalosti k odstraňování nedostatků stávajících zařízení a případně k návrhu zařízení s vyšší účinností. V práci bude nutné zvládnout obecné fyzikální principy KPFM, senzorů a solárních článků. Vhodným adeptem je absolvent magisterského studia z oblasti fyziky, elektrotechniky nebo chemie. Cíle: 1) Zvládnutí fyzikálních principů a měření senzorů a solárních článků na bázi grafenu. 2) Osvojení teoretické a praktické stránky KPFM. 3) Mapování rozložení náboje v blízkosti grafenového senzoru a návrh funkčně dokonalejších senzorů. 4) Mapování rozložení potenciálu na rozhraní grafenového-polovodičového solárního článku a návrh článku s vyšší účinností. 5) Adekvátní publikační výstupy a prezentace výsledků na mezinárodnhíc konferencích.
Školitel: Bartošík Miroslav, doc. Ing., Ph.D.
The inherent problems of the natural enzymes include the poor stability in sever conditions of pH and temprature , low activity, high cost, as well as competitive and non-competitive inhibition which affect the efficiency of the enzyme based biosensors. With emerge of the nanomaterials they have been utilized in a wide range of applications. Due to their features including high surface to volume ratio, high electrical conductivity and possessing catalytic activity they have attracted the attention in biosensors development. Furthermore some types of the nanomaterials possess the catalytic activity similar to the natural enzyme. Nanomaterials which mimic the enzyme like activity could be a potential substitute for their natural analogues. These nanomaterials are thought to be a promising alternatives for the natural enzyme since they are easy to produce, low cost and more stable compared to their natural analogues. Moreover their catalytic activity can be modulated by modifying the synthesis procedure. In this project the nanomaterials which are thought to have the enzyme like activity are synthesized and fully characterized. Their enzyme-like activity toward a given substrate is measured by spectroscopic and amperometric methods. The effect of various parameters such as size, shape, synthesis procedure on their catalytic activity will be investigated. The results obtained in the project will be applied to develope highly stable, sensitive and selective nanobiosensors which can be applied for point of care detection in clinical diagnosis, food quality control and enviromental monitoring.
Školitel: Richtera Lukáš, doc. RNDr., Ph.D.
Neuromodulační technologie spoléhají na elektrickou stimulaci nervové soustavy a jsou používány jak v základním výzkumu, tak i v mnohých zdravotnických aplikacích. Bezdrátová stimulační zařízení napájená pomocí světla v oblasti vlnových délek v červené a infračervené oblasti, které snadno pronikají do podkoží, umožňují použití neurostimulačních zařízení bez drátů a propojení skrze pokožku. Tento projekt zahrnuje výrobu a testování zařízení pro neurostimulaci se zaměřením na zvyšování efektivity a zároveň snižování fyzických rozměrů těchto zařízení. Dalším důležitým parametrem je vytváření kontaktů s nízkou impedancí mezi elektrickým zařízením a nervovou tkání. Projekt zahrnuje mikro a nanofabrikaci se zaměřením na polovodičové materiály a elektroniku spolu s využitím elektrochemických a fotochemických měření. Dále se předpokládá spolupráce s odborníky v oblasti neurovědy a využití pokusných zvířat jakožto důležitým prvkem celého projektu.
Školitel: Glowacki Eric Daniel, doc., Ph.D.
A PhD fellowship is available to conduct a project in the Central European Institute of Technology (CEITEC), Brno. The goal of this work is to study adhesion force between nanostructured surface and living cells. The student will set up a system of nanostructured pillars (substrates with those patterns are already available for the student) with desired surface properties. It is expected that the cells will attached to the top of the pillars and due to adhesion forces the cells will deform the pillars’ shapes. The student will capture a real-time video of the structure using either confocal or holographic microscope. The video will be processed by a script in MATLAB environment to create a real-time video of the adhesion force between the cell and the pillars. PhD candidate will work together with Regional Centre for Applied Molecular Oncology (RECAMO).
Školitel: Neužil Pavel, prof. Ing., Dr., DSc.
Skenovací elektrochemická mikroskopie (SECM) nabízí účinný nástroj in situ pro studium biologických procesů a biochemických reakcí. Pomocí SECM byly sledovány různé biochemické reakce včetně životaschopnosti buněk a poškození membrány. Také biochemická reakce je sondována pomocí SECM, kde je elektrochemický signál generován v důsledku interakce biomolekuly. Proto poskytuje slibnou techniku, kterou lze použít pro různá biologická a biologická pole, jako je účinek různých léků na životaschopnost buněk, porozumění mechanismu cytotoxicity léků na rakovinné buňky a vývoj biosenzoru. Amperometrické a potenciometrické sondy mohou být použity jako prob v SECM k detekci produkované proudové odezvy nebo konkrétního iontu generovaného v daných biologických nebo biochemických procesech. Iontově selektivní mikroelektrodu selektivní k danému iontu lze připravit k použití jako sondu. Tato studie si klade za cíl více prozkoumat vhodnost SECM v biologických a biochemických procesech, protože není dobře prozkoumána časem.
Hlavním cílem práce je příprava a modifikace nanocelulózového přírodního materiálu s nalezením vhodných podmínek pro přípravu „inteligentních“ biomateriálů pro hojení ran. Modifikace bude provedena enzymy zajišťujícími biodegradaci nanocelulózy a tím i nastavení „doby života“ biomateriálu s ohledem na rychlost hojení rány. Kromě chemicko-fyzikální charakterizace, budou hydrogely podrobeny i enzymatické degradaci a biologickému sledování biokompatibility in vitro.
Školitel: Vojtová Lucy, doc. Ing., Ph.D.
Spinové vlny v THz oblasti přitahují stále větší pozornost v důsledku vysoké grupové rychlosti magnonů (strmá disperzní křivka) a jsou tak atraktivní pro návrh ultrarychlých spintronických zařízení [1]. Pro tyto účely mohou být použity antiferomagnetické materiály jako ortoferity kovů vzácných zemin (RFeO3), které mají zvlášt vysokou (THz) frekvenci spinové rezoznance [2] [3]. Nicméně, v důskedku nedostatku účinných zdrojů a detektorů v této frekvenční oblasti je fyzika THz magnonů nedostatečně zkoumána. Navrhované mezioborové PhD studium kombinující fotoniku a magnetismus se soustřeďuje na buzení a detekci THz spinových vln pomocí blízkých elektromagnetických polí zesílených plazmonickými rezonančními strukturami – anténami. To přináši nové podněty do dané oblasti. Antény budou vyrobeny na površích substrátů, ideálně na páscích nebo magnonických krystalech připravených z RFeO3 tenkých vrstev (např. TmFeO3) pomocí EBL/FIB v CEITECu. Poté budou magnony šířící se podél těchto struktur analyzovány pomocí mikro-spektrofotometru využívajícího Brillouinova světelného rozptylu (BLS) [4] metodou publikovanou v [5] a úspěšně ověřenou v CEITECu [6]. Dále, pro rozšíření detekční oblasti Brillouinovy zóny budou rovněž použity plazmonické rezonanční struktury zajišťující v oblastech zesíleného blízkého pole (tzv. “hot spots”) složky s vysokou hodnostou vlnového vektoru k [7]. V této PhD práci by měly být za účelem buzení a detekce magnonů optimalizovány plazmonické rezonanční struktury a dále laděny disperzní relace pomocí tvaru, rozměrů a periodicity pásků/magnonických krystalů, jakož i vnějšího magnetického pole. Jako podpůrné měření může být pro testování disperzních křivek magnonových polaritonů tenkých vrstev použita THz spektroskopie v časové doméně [3].
Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.
Metapovrchy reprezentují nový druh nanofotonických zařízení, poskytujících nové funkční vlastnosti při jejich výrazné miniaturizaci. Jsou tak perspektivní pro překonání vlastností zajišťovaných klasickámi optickými prvky a zařízeními. Skládají se z nanoelementů s rozměry menšími, než je vlnová délka záření, a to buď kovových nebo dielektrických, které přispívají k utváření celkových optických vlastností pomocí modifikace fáze vyvolané rozptylem záření. Plazmonické metapovrchy, tedy ty tvořené kovovými nanoelementy, mají sníženou účinnost kvůli velkým ohmickým ztrátám v kovových strukturách. Z toho důvodu bude Ph.D. studie zaměřena na prozkoumání možností využití kompletně dielektrických metapovrchů využívajících Mieho rezonance [1] a poskytující nové funkcionality z hlediska manipulace s optickými vlastnostmi a tvarováním optického svazku. Speciální důraz bude kladen na (i) laditelné systémy s překrývajícími se magnetickými a elektrickými dipólovými rezonancemi, což může například vést současně k elektromagneticky indukované průhlednosti a zvýšené Faradayově rotaci [2] a dalším zajímavým jevům. Takovéto laděné systémy mohou najít své uplatnění jako citlivé detektory svého okolí, např. magnetických molekul, a také jako (ii) laditelné chirooptické povrchy [3]. Optické vlastnosti metapovrchů a jimi tvarované svazky budou studovány (i) metodami osvětlení a detekce vzdáleného pole. Navíc ke standardním metodám transmisní/reflexní mikro-spektroskopie bude využita originální metoda kvantitativního fázového zobrazení pomocí koherencí řízeného holografického mikroskopu (CCHM) [4], následována Q4GOM mikroskopií [5]. Touto široce uplatnitelnou technikou, kterou jsme uvedli do oboru metapovrchů, lze kvantitativně zobrazit v reálném čase s rozlišením až jediné nanoantény fáze záření rozptýleného/tvarovaného pomocí rezonátorů/metapovrchů přes celou plochu vzorku. Dále (ii) metoda osvětlení vzdáleného pole s detekcí v blízkém poli bude využita prostřednictvím spektroskopického a-SNOM [6]. Reference: [1] Dielectric Metamaterials: Fundamental, designs, and applications, ed. by I. Brener et al., Elseviere – Woodhead publishing series, 2020. [2] A. Christophi, …, A. B. Khanikaev, Opt. Lett. 43, 8, 2018. [3] I. Zubritskaya, …, A. Dmitriev, Nano Lett. 18, 302−307, 2018. [4] J. Babocký, V. Křápek, ..., T. Šikola, ACS Photonics 4, 1389, 2017. [5] P. Bouchal, P. Dvořák, F. Ligmajer, M. Hrtoň, V. Křápek, ..., T. Šikola, Nano Lett. 19, 1242, 2019. [6] P. Dvořák, ..., T. Šikola, Nano Lett. 13, 2558, 2013.
Práce bude zaměřena na výzkum metabolismu sekundárních látek u jednobuněčných řas pomocí editace genomu založené na Crispr/Cas9 technologii. Cílem bude vytvořit knockoutovanou generaci mikrořasy Chlamydomonas reinhardtii v jednom z genů účastnícího se při biosyntéze sekundárních metabolitů a následně tuto generaci sledovat z hlediska metabolomu pomocí hmotnostní spektrometrie s desorpcí a ionizací za ambientních podmínek jako je DESI a DART.
Školitel: Adam Vojtěch, prof. RNDr., Ph.D.
Plastové materiály intenzivně znečišťují naše prostředí. Začlenění do potravinového řetězce ve formě mikroplastů ovlivňují jednotlivé bioorganismy. Z toho důvodu musí být jejich toxicita a dopad na živé organismy náležitě studovány. Tématem této diplomové práce je nalezení intergrativního přístupu při studiu vlivu mikroplastů probíhající ve vodním prostředí. Hlavním cílem je vypracovat metodologii pro analýzu mikroplastů akumulovaných ve vodních organismech, tak aby bylo možné porozumět jejich nepříznivým důsledkům.
A PhD fellowship is available to conduct a project in the Central European Institute of Technology (CEITEC), Brno. The goal of this work is to perform theoretical study, design, fabrication and characterization of nanosheet sensors made by an advanced planar technology in combination with pulse method, such as lock-in amplification. Goal of this work is to study, characterize and optimize an array of sensors made from ultrathin single crystal silicon (chips have been fabricated and they are available). This silicon device with thickness of 10.5 nm can be used as resistive sensor connected as van den Pauw device or as Hall sensor to detect intensity of magnetic field. Change of charge at its surface will modulate its conductivity or magnetic particle its properties as Hall sensor. The device will be powered by a current pulses and the output will be process by a lock-in amplifier. PhD candidate will identify the system signal noise ratio and limit of detection (LOD) of the biosubstances of interest. He/she will also design and fabricate a simple microfluidic system to confine the tested sample at suitable location at the chip. There is also required to optimize the buffer solutions not to affect the measurement. PhD candidate will analyze the type of silane crosslinkers and their utilization using chemical vapor deposition technique. Basic properties will be conducted using albumin. Next the PhD candidate will perform specific reaction antibody - antigen of one biomarker and determines its LOD. PhD candidate will work together either with Regional Centre for Applied Molecular Oncology (RECAMO) as they have cancer’s biomarkers or with partner group at Mendel University. This work will be primarily conducted in CEITEC. Part of the project might be also carried out in P.R. China, based on current exchange program and mutual agreement, i.e. it is NOT mandatory.
PhD studium bude zaměřeno na řešení komplexních problémů souvisejících s vývojem UV detektorů na základě GaN(Ga)/grafenových nanostruktur. Úvodní část studia bude zaměřena na přípravu Ga a GaN nanostruktur na polykrystalickém i monokrystalickém grafenu nízkoteplotní depoziční metodou. Nízkoteplotní růst nanokrystalů GaN bude realizován v UHV prostředí kombinací PVD technologií, jako je depozice atomů Ga a post-nitridace iontovým svazkem o nízké energií (50 eV) za použití unikátního zdroje iontově-atomárních svazků [1]. Růst GaN bude realizován při mnohem nižších teplotách (T <250 ° C) než u konvenčních technologií (např. MOCVD, 1000 °C). Následně bude studován vztah mezi parametry/funkčními vlastnostmi nanostruktur Ga a GaN a depozičními podmínkami. Komplexní charakterizace nanostruktur Ga (GaN) / grafenu bude prováděna pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (SEM), rastrovací sondové mikroskopie (AFM, EFM, SKFM), Ramanovy spektroskopie, fotoluminiscenční mikrospektroskopie atd. Na závěr bude studována elektrická odezva nanostruktur na UV záření pomocí FET-systémů využívajících tyto optimalizované nanostruktury jako fotocitlivé elementy. Reference: [1] J. Mach, P. Procházka, M. Bartošík, D. Nezval, J. Piastek, J. Hulva, V. Švarc, M. Konečný, and T. Šikola, Nanotechnology, Vol. 28, N. 41 (2017).
Pulsed Electron Paramagnetic Resonance (EPR) methods are intensively used to investigated structure and dynamics of complex macromolecules containing unpaired electrons. Among these methods Pulsed Electron-Electron Double Resonance (PELDOR) also known as Double Electron-Electron Resonance (DEER) has emerged as a powerful technique to determine relative orientation and distance between macromolecular structural units on nanometre scale. For successful applications of pulsed EPR methods it is important to have tools enabling transformation of measured signals into structural information. The goal of this PhD project is to develop new effective computational procedures and computer programs for the processing of measured pulsed EPR data in order to extract structural and dynamical information from experiments. This goal also includes application of the developed computational methods to real experimental data obtained on the molecules tagged with spin labels. For more details please contact Petr Neugebauer.
Školitel: Neugebauer Petr, doc. Dr. Ing., Ph.D.
Vzhledem ke své biokompatibilitě, vysoké pohyblivosti nosičů náboje a značné citlivosti elektronických vlastností na přítomnost už i jednotlivých adsorbovaných i substituovaných atomů a molekul, je grafen vhodným materiálem pro využití v oblasti senzorů a biosenzorů. Výpočty na bázi funkcionálu hustoty (DFT) umožňují z prvních principů určit vliv adsorbantů i substitutů na elektronické vlastnosti grafenu a dalších 2D materiálů, které jsou klíčové pro pochopení fyzikální podstaty fungování těchto zařízení. Předmětem této doktorské práce je studium uvedené problematiky s využitím DFT výpočtů v širším teoretickém kontextu, jakož i výpočetní podpora experimentů prováděných v rámci skupiny. Z tohoto důvodu je tato doktorská práce vhodná pro člověka s dobrým teoretickým zázemím v kvantové mechanice, fyzice pevných látek, a praktickými znalostmi DFT výpočtů a příslušného zpracování dat.
Rychlé ukládání elektrické energie a její opětovné uvolňování je aktuální problém, který brání rozvoji elektro-mobility, inteligentních elektrických sítí a impulsních napájecích systémů. Použití dielektrických kondenzátorů umožňuje rychlé nabíjení a vybíjení ve srovnání s lithium-iontovými bateriemi a navíc tyto materiály vykazují vyšší cyklickou životnost. Jako ideální kandidáti se jeví kompozity typu keramika-keramika nebo keramika-polymer. Cílem tohoto Ph.D. studia je pomocí modulace nanostruktury v 3D (vznikem textury) zvýšit hustotu uložené energie, jejíž vysoká hodnota je nezbytná pro mobilní aplikace dielektrických kondenzátorů nové generace. Inovativní procesní postupy, jako jsou Spark Plasma Sintering a Freeze-casting, budou použity k dosažení unikátní mikrostruktury zkoumaných materiálů.
Školitel: Salamon David, doc. Ing., Ph.D.
A PhD fellowship is available to conduct a project in the Central European Institute of Technology (CEITEC), Brno. The goal of this work is to perform theoretical study, design, fabrication and characterization of gold electrochemical sensors (EC) made by planar technology in combination with pulse electrochemical method, such as lock-in amplification. PhD candidate will perform detail analysis of electrode behavior and optimize their geometry. Besides that the student will design and fabricate a microfluidic system, which will allow to define the flow of liquid between individual electrochemical sensors. The lock-in amplification technique allows concurrently interrogate a few sensors. Basic characteristic will be perform using model Fe2+/Fe3+ system and compare with standard cyclic voltammetry. PhD candidate will then perform specific reaction antibody/antigen at the gold surface after the surface is treated with a thiol cross linker that there will be different antibody at each EC cell. PhD candidate will work together either with Regional Centre for Applied Molecular Oncology (RECAMO) or with partner group at Mendel University. This work will be primarily conducted in CEITEC. Part of the project might be also carried out in P.R. China, based on current exchange program and mutual agreement, i.e. it is NOT mandatory.
Uhlíkové tečky (CD) vzbudily intenzivní zájem kvůli jejich fotoluminiscenci a fyzikálním vlastnostem: například vysoká fotostabilita, která se v některých ohledech podobá polovodičovým kvantovým tečkám (QD), a fotokatalytickým aplikacím. Kromě toho lze CD snadno vyrobit z široké škály surovin a jsou zvláště atraktivní díky své robustní chemické inertnosti a mnoha povrchovým karboxylovým skupinám, které způsobují vynikající rozpustnost ve vodě a usnadňují jejich následnou funkcionalizaci organickými, polymerními, anorganickými nebo biologickými látkami. CD byly navrženy jako slibné náhražky tradičních QD, protože nevyžadují zdlouhavé a nákladné kroky přípravy a mají vysokou biokompatibilitu díky absenci toxických iontů kovů. Pokud jde o přípravu CD, byla popsána celá řada metod, včetně kyselé oxidace, mikrovlnné, ultrazvukové, elektrochemické oxidace, hydrotermální, podporované syntézy, obloukového výboje a laserové ablace. Na rozdíl od jiných nanomateriálů na bázi uhlíku však CD nebyly navzdory zajímavým vlastnostem široce prozkoumány jako modifikátory elektrod pro vývoj elektrochemických biosenzorů. Několik dosud popsaných aplikací CD v elektrochemických biosenzorech se zaměřuje hlavně na elektrokatalytické vlastnosti těchto nanočástic vůči redukci O2 a H2O2, využívané k detekci glukózy nebo H2O2 a detekci dopaminu, 2,4,6-trinitrotoluenu, a patulinu. V konkrétním případě elektrochemických afinitních biosenzorů byl dosud popsán pouze jeden příklad zahrnující použití CD jako modifikátorů elektrod při přípravě senzoru DNA k detekci genových mutací. Doposud nebyly CD použity jako značky v elektrochemických biosenzorech. Tato práce se tedy zaměřuje na další vývoj a aplikaci uhlíkových teček jako modifikátorů elektrod a značek v elektrochemických nebo optických biosenzorech.
Cílem této práce je teoretické studium, depozice a charakterizace nanostrukturovaných jako je Au, Ag a jejich amalgámy. Od studenta se očekává, že zoptimalizuje postup jejich přípravy a charakterizuje jejich vlastnosti a materiálové složení. Dále student připraví biosenzor založený na poli těchto nanostruktorovaných materiálů a znovu charakterizuje jejich vlastnosti použitím elektrochemických, optických a elektrických metod. Následně pole těchto nanostrukturovaných elektrod jako součást mikrofluidického systému bude pouřito na včasnou diagnozu rakoviny na základě detekce cirkulujících rakovinných DNA. Čip bude vyroben a charakterizován v laboratořích CEITEC, práce s ním na detekci DNA ve spolupráci s výykupnými pracovišti v nemocnicích jako je RECAMO.
Dizertační práce se bude zabývat vývojem elektronové pinzety, která umožňuje hýbat kapkami eutektických kapalin po povrchu polovodičů. Elektronová pinzeta využívá fokusovaného elektronového svazku a je již testována v mikroskopu UHV-SEM, vyvinutém ve spolupráci s firmou TESCAN. Během řízeného pohybu kapka obsahující zlato může například leptat či jinak modifikovat povrchu polovodičů (germania, křemíku). Disertační práce by se měla věnovat interakci různých eutektických kapek s různými substráty včetně 2D materiálů (grafen apod.). Součásti práce bude optimalizace tohoto procesu včetně jeho sledování v reálném čase pomocí UHV-SEM mikroskopu.
Školitel: Průša Stanislav, doc. Ing., Ph.D.
Aerogely jsou unikátní třídou vysoce porézních, pevných materiálů, které se vyznačují síťovou, mezoporézní mikrostrukturou s otevřenou porozitou, a mají komplex výjimečných vlastností, jako je extrémně vysoká povrchová plocha, nízká hustota, vysoká katalytická aktivita, zanedbatelná tepelná vodivost atd. Slibnou výzkumnou oblastí je povrchová úprava aerogelů a dalších souvisejících vysoce porézních architektur (xerogely, ambigely) s katalyticky aktivními druhy. To umožní použití těchto materiálů pro širokou škálu environmentálních aplikací, jako jsou katalyzátory pro úpravu látek znečišťujících ovzduší a vodu. Tato práce se zaměřuje na zkoumání nových možností vývoje zlepšených enviromentalní katalyzátorů na bázi modifikovaných jednofázových a vícefázových aerogelů. Aplikované metody syntézy umožní použití různých oxidových systémů pro tvorbu aerogelických šablon (na bázi perovskitu, pyrochloru, zirkonu, titanu atd.), Zatímco několik dalších technik (sol-gel syntéza, zavedení nanočástic, depozice atomových vrstev atd.) dovolí modifikovat získané šablony, aby se připravily katalytické systémy, které budou použity pro zachycování a rozklad znečišťujících látek ve vzduchu a vodě.
Školitel: Tkachenko Serhii, Ph.D.
Aerogely jsou materiály s kontrolovatelnými póry velikosti mikro nebo nano a vysokou porozitou, velkou měrnou povrchovou plochou a nízkou hustotou. Aerogely na bázi biopolymerů (chitin, chitosan, celulóza) budou vyráběny různými technikami, jako je superkritický postup sušení nebo lyofilizace. Hlavním cílem disertační práce bude příprava, modifikace, charakterizace funkčních aerogelů na základě různých biopolymerů a jejich derivátů pro regeneraci kůže a kostí.
Školitel: Abdellatif Abdelmohsen Moustafa, M.Sc., Ph.D.
Vývoj moderních materiálů, zahrnující povlaky a vrstvy, vyžaduje nové a rozvíjející se trendy v oblasti analytické chemie. Ve srovnání s ostatními analytickými metodami umožňuje spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) rozlišení jednotlivých vrstev na základě přesné hloubky ablačního kráteru. Přesný počet dopadů laserového svazku pro detekci hloubky se liší v závislosti na analyzovaném materiálu. Avšak závislost počtu laserových pulzů na hloubce ablačního kráteru není v odborné literatuře dosud popsána. Cílem této práce je nalézt a popsat ucelenou metodiku pro studium hloubkového profilování s využitím počítačové tomografie a standardních metalografických metod. Komplexní studie bude následně využita pro kalibraci LIBS analýzy. Výstupem se stane ucelená metodologie aplikovatelná napříč technickými odvětvími.
Peptide sequences that provide structural, mechanical, chemical, or biological function can be borrowed from nature and fused into synthetic poly(amino acid) chains without replicating the entire natural biomolecular sequence. Supramolecular self-assembly of such rationally designed peptide sequences is emerging as a promising route to novel biofunctional materials. Hydrogels made from peptide with strong anticancer activity in the form of hydrated films will be prepared for tests in melanoma cancer and for wound treatment after operation on skin surface. The hydrogel films will be checked and optimized in terms of their flexibility to adapt to surfaces, to adhere to surgical open surfaces, to maintain their integrity and to be easily removable by washing. Ex vivo adhesion studies will be performed on mouse. In vitro wound healing assays will be run in order to evaluate the effect of hydrogels on wound closure using melanoma and fibroblasts cell lines and testing the acceleration of closure of a wound artificially created in cell monolayers. The focus is on synthetic or biosynthetic poly(amino acid) hydrogels based on α-helical coiled-coils or β-sheets short peptides.
Nanočástice a nanočásticové systémy zaujímají mezi nanomateriály mimořádné postavení svým velkým množstvím různorodých využití v technice, biologii a medicíně, a patří mezi nejrychleji se rozvíjející nanotechnologické směry. Fyzikální a chemické vlastnosti nanočástic (nanometrické objemy materiálu) jsou zásadně ovlivnitelné jejich morfologií. S poklesem velikosti částic narůstá vliv volných povrchů, které mohou vstupovat do chemických reakcí (chemická katalýza), uplatňují se rozměrové jevy a vliv tvaru, které mění fyzikální chování (kvantové tečky, superparamagnetické a magnetické nanočástice). Téma navrhované dizertační práce je zaměřeno na strukturní a fázovou charakterizaci nanočástic a nanočásticových systémů metodami elektronové mikroskopie. Získané experimentální výsledky přispějí k pochopení vztahu mezi vlastnostmi a strukturou a budou využité pro optimalizaci přípravy těchto materiálů a jejich funkcionalizaci.
Školitel: Pizúrová Naděžda, RNDr., Ph.D.
Metoda rozptylu nízkoenergiových iontů (LEIS) je hojně používána při studiu složení povrchů pevných látek. Unikátní povrchová citlivost metody slouží pro prvkovou analýzu nejsvrchnější atomové vrstvy zkoumaného materiálu. Jde o nízkoenergiovou variantu slavných experimentů Rutherforda s rozptylem alfa částic na zlatých fóliích. Citlivost metody souvisí především s procesy výměny náboje mezi projektilem a atomy na povrchu vzorku. Pouze malá část projektilů opouští povrch vzorku v ionizovaném stavu. Tato iontová frakce je pro danou kombinaci projektilu a atomu charakteristická a míra neutralizace se vyjadřuje pomocí tzv. charakteristické rychlosti. Numerická hodnota charakteristické rychlosti je ovlivněna také chemickým uspořádáním povrchu vzorku. Tento projekt bude zkoumat výměny náboje mezi projektily He a Ne a různými povrchy a tenkými vrstvami. Primární kinetická energie projektilů bude volena v rozmezí 0.5 keV až 7.0 keV. Získané výsledky výrazným způsobem rozšíří aplikační možnosti kvantifikace pomocí metody LEIS. Experimenty budou prováděny na dedikovaném LEIS spektrometru s vysokým rozlišením Qtac100 (ION TOF GmbH). Pro ilustraci například: Highly Sensitive Detection of Surface and Intercalated Impurities in Graphene by LEIS. (By S. Prusa and H.H. Brongersma).
Aerogely jsou materiály s kontrolovatelnými póry velikosti mikro nebo nano a vysokou porozitou, velkou měrnou povrchovou plochou a nízkou hustotou. Aerogely na bázi biopolymerů (chitin, chitosan, celulóza) budou vyráběny různými technikami, jako je superkritický postup sušení nebo lyofilizace. Hlavním cílem disertační práce bude příprava, modifikace, charakterizace funkčních aerogelů na bázi různých biopolymerů a jejich derivátů pro čištění odpadních vod.
Hlavním cílem práce je příprava „chytrých“ hydrogelových substrátů, které jsou schopné reagovat na pH či teplotu a jsou vhodné pro 2D i 3D sledování buněk v molekulární biologii či tkáňovém inženýrství, případně pro testování nových léčiv na rakovinných buňkách. Hydrogely by měly být vhodné jak pro in vitro tak i pro in vivo aplikace. Kromě chemicko-fyzikální charakterizace, budou hydrogely podrobeny biologické degradaci a sledování biokompatibility in vitro.
A PhD fellowship is available to conduct a project in the Central European Institute of Technology (CEITEC), Brno. Goal of this work is to perform theoretical study and characterize a nanostructured material which changes color based on the environment. The PhD candidate will first perform finite element modelling (FEM) to determine the physics origin of the structure behavior and fit the model on the actual structure. Then the available structures will be further studies using techniques such as near-field optical microscopy, atomic force microscopy and scanning electron microscopy. The PhD candidate will try to replicate the structure at CEITEC cleanroom or at National Institute of Standard and Technology (NIST), Gaithersburg, USA. This work will be primarily conducted in CEITEC. Part of the project might be also carried out in P.R. China, based on current exchange program and mutual agreement, i.e. it is NOT mandatory.
Experimentální studium růstových módů dvojdimensionálních materiálů pomocí elektronové mikroskopie je z mnoha důvodů obtížné. Naše skupina disponuje značným know-how v oblasti použití elektronové mikroskopie v reakčních podmínkách a v reálném čase a zejména špičkovým experimentálním vybavením (LEEM, FTIR v UHV a SEM pro pozorování v extrémních podmínkách). Cílem této disertační práce bude studovat růstové módy 2D materiálů (dichalkogenidy přechodných kovů, prvky IV skupiny atd.) a jejich vlastnosti pomocí pokročilé mikroskopie a spektroskopie v UHV i za vysoké teploty a tlaku.
Školitel: Kolíbal Miroslav, doc. Ing., Ph.D.
Plasmonic waveguides were demonstrated to be an ideal component of monolithic infrared sensing platforms. While at present, they are commonly used for the confinement and guidance of optical modes, they offer a lot of potential to make a transition from purely passive to functional components of optical systems. The candidate should investigate the fabrication of metal-dielctric stacks for sensing applications at near- and mid-infrared wavelengths by UHV sputtering processes. Experimental work will include the optimization of the deposition processes, as well as lithographic structuring and device characterization. Previous experience with relevant equipment within the CEITEC Nano Facilities (UHV sputtering, lithography, ellipsometry) is of advantage. Applicants should be fluent in English and committed to self-motivated work in an international research group. Further relevant skills include utility programming for data analysis and lab automation (e.g. C++, Ruby, Python, Linux) as well as documentation and publication of results (LaTeX, etc.). The group of Dr. Hermann Detz focuses on novel materials for sensing applications in near- and mid-infrared sensing platforms. Particular emphasis is placed on the integration of novel plasmonic materials with established III-V optoelectronic devices. The group provides a multi-disciplinary, international environment. Scientific results are published in peer-reviewed journals and presented at international conferences.
Školitel: Detz Hermann, Dr.techn. Ing.
K přímé magnetické vazbě, jako je výměnná anizotropie, dochází na rozhraní antiferomagnetických (AF) a feromagnetických (FM) uspořádání, čehož se běžně dosahuje kombinací tenkých vrstev AF a FM. Charakter výsledné interakce je silně závislý na specifické magnetické struktuře použitých vrstev. Cílem dizertační práce je objasnit fyzikální podstatu výměnné anizotropie a využít tuto interakci k řízení AF konfigurací v nanoměřítku v různých modelových systémech.
V poslední době je roustoucí zájem o kombinaci magnetických materiálů s dvoudimenzionálními materiály jako např. grafen. Magnetické materiály interkalované mezi 2D materiály na pomocném substrátu mají potenciál se uspořádávat a mohou vést k modifikaci a kontrole jejich magnetických vlastností. Systém magnetického a 2D materiálu navíc může být monoliticky intergrován s ostatními zařízeními za účelem produkce nových a robustních elektrických vlastností. Cílem tohoto projektu je vyvinout a aplikovat strategii interkalace magnetických atomů či molekul do grafenu a dalších 2D materiálů. Struktury budou následně charakterizovány pomocí povrchově citlivých technik, vysokofrekvenční elektronové spinové rezonance a nukleární magnetické rezonance. Získané zkušenosti budou použity na vývoj předpovědních modelů pro systém magnetický interkalant + 2D materiál na substrátu. Tento projekt bude vypracován v mezinárodní spolupráci s US Naval Research Laboratory s možností výzkumu na zahraničním pracovišti.
Kandidát PhD vyvine rychlý, uživatelsky přívětivý a cenově dostupný systém “Internet of Things” (IoT) založený na stávajícím zařízení miniaturizované polymerázové řetězové reakce (PCR). Student nejprve identifikuje strukturu celého systému, způsob komunikace a registraci výsledků přes internet. Poté student vyvine systém pro amplifikaci RNA buď z horečky dengue nebo jiného viru založeného na existujícím přenosném PCR. Výsledná data budou poté automaticky nahrána pomocí vhodného rozhraní do chytrého telefon se systémem Android a poté poslána do globální sítě, takže výsledky testů budou okamžitě k dispozici kdekoli na světě. Poté bude vyvinut software interpretující výsledek, který bude zobrazovat šíření RNA na mapě s vhodnou statistikou. PCR systém bude použit k detekci RNA v místě použití v terénu pomocí RT-PCR reakce s přidáním jednoduchého zpracování vzorku pro demonstraci schopnosti celého systému
Cílem doktorského studia je studovat kinetiku růstu a fázové transformace v samoupořádaných molekulárních vrstvách a formulovat vhodný model popisující kinetiku růstu. Jedná se experimentální práci v UHV využívající kombinaci technik LEEM, STM a XPS. (Plná anotace je k dispozici v anglické verzi)
Školitel: Čechal Jan, prof. Ing., Ph.D.
The subject of the PhD study is focused on shaping and consolidation of nanoceramic oxide particles. The main task of the student will contain a study of bulk colloidal ceramics processing using ceramic particles with size below 100 nm via colloidal shaping methods. The research will concern primarily with methods of direct consolidation of ceramic particles. A common difficulty of all these methods lies in the preparation of a stable concentrated suspension of nanoparticles with appropriate viscosity. The solution of the problem assumes understanding and utilization of colloidal chemistry and rheology of ceramic suspensions.
Školitel: Trunec Martin, prof. Ing., Dr.
Pro maximální využití informace o chování živých buněk získaných koherencí řízeným holografickým mikroskopem je nezbytné navrhnout a vyvinout komplexní automatizovatelný bioreaktor. Takové zařízení musí zajistit opticky vyhovujicí umístění živých buněk v mikroskopu se zajištěním kontroly fyziologického mikroprostředí a provedení naprogramovaných testů. Úkolem je návrh konstrukce a vývoj testovacího modelu k ověření funkčnosti.
Školitel: Veselý Pavel, MUDr., CSc.
Redukovaný grafenoxid, uhlíkové nanotrubičky a další uhlíkaté nanomateriály mají slibné elektrochemické vlastnosti, které by mohly být efektivně využity ve vývoji senzorů. Vhodné kompozity nanouhlíkatých materiálů s kovovými nanočásticemi a polymeru mohou výrazně zlepšit selektivitu a citlivost senzorů.
Navrhovaný PhD projekt je zaměřen na syntézu a charakterizaci magneticky aktivních komplexů přechodných kovů či lanthanoidů projevujících specifické magnetické jevy jakými jsou křížení spinových stavů, jednomolekulární či jednořetězový magnetismus. Takové koordinační sloučeniny vykazují magnetickou bi- nebo multistabilitu a v tomto smyslu jsou velmi atraktivní z hlediska aplikací. Možné technologické využití se nabízí na poli paměťových zařízení s vysokou hustotou zápisu, v displejích, spintronických zařízeních, kontrastních látkách pro zobrazování pomocí magnetické rezonance apod. PhD studium bude zaměřeno na pokročilou organickou a koordinační syntézu mononukleárních a polynukleárních komplexů přechodných kovů a lanthanoidů. Nově připravené sloučeniny budou charakterizovány pomocí analytických a spektrálních metod a magnetické vlastnosti budou studovány na MPMS SQUID.
Rentgenová počítačová tomografie (CT) je významnou metodou pro 3D nedestruktivní zobrazování vzorků v mnoha odvětvích. V průmyslu je běžně využívána k odhalování vad a kontrole kvality, vědecké projekty využívají hojně zobrazování a kvantifikaci dat a aplikují řadu analýz ke zjišťování morfologických a fyzikálních parametrů. Pro zasazení do kontextu s ostatními metodami je často třeba doplnit CT data zavedenými zobrazovacími metodami jako elektronová a světelná mikroskopie a kvalitativními technikami, jako například rentgenová spektroskopie. Data z jednotlivých technik typicky mají odlišný formát, velikost, rozlišení apod. Kombinace takto rozdílných informací o vzorku je výzvou. U sesazování dvou odlišných 3D datasetů je třeba zajistit, aby si struktury vzorku vzájemně odpovídaly, u kombinace 2D a 3D technik je třeba najít v 3D datech odpovídající 2D řez. To vyžaduje programátorský přístup nebo využití speciálního software. Tato práce se bude zabývat technikami korelací informací z různých zobrazovacích metod. Takový multidisciplinární přístup je v dnešní době velmi žádaný a má velký potenciál.
Spektroskopie laserem buzeného plazmatu (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy – LIBS) se prosazuje i v průmyslových aplikacích. Nabízí instrumentální jednoduchost a robustnost, je tak možnou alternativu pro zavedené technologie. Při identifikaci potenciálních aplikací je nutné zvážit analytický výkon metody LIBS a možnosti její implementace do výrobního provozu. Tématem této práce bude identifikace jednotlivých průmyslových aplikací a vývoj a adaptace přístrojové instrumentace spolu s optimalizací měřící metodiky od přípravy vzorků a nutné parametry analýzy po zpracování dat.
Kompozitní materiály dosahují vynikajících vlastností díky vhodnému spojení dvou různých materiálů. Ostré rozhraní materiálů však může vést k degradaci těchto vynikajících vlastností. Podmínky vzniku trhlin v místech ostrých tvarových a materiálových změn budou stanovovány a vyhodnocovány pomocí postupů zobecněné lomové mechaniky.
Školitel: Klusák Jan, doc. Ing., Ph.D.
Přepínatelné systémy na bázi kovových komplexů schopné měnit magnetické vlastnosti jsou velmi atraktivní pro různé aplikace v moderních elektronických zařízeních, mohou být součástí aktivního inteligentního povrchu nebo i použity jako materiály umožňující zaznamenat data s vysokou plošnou hustotu. Pro tyto aplikace může být využita magnetická aktivita kovových komplexů, která může být modulována modifikací jejich koordinačních, redoxních, elektronických vlastností včetně jejich ligandového pole. Tuto funkci lze získat třemi způsoby, změnou síly ligandového pole, přepínáním koordinačního čísla nebo přepínáním stupně spojení mezi dvěma spinovými kovovými ionty v případě polynukleárních sloučenin. Cílem projektu je syntetizovat dvou- nebo vícestabilní kovové komplexy, které obsahují regulační spínač, aby bylo možné provést řízenou změnu spinu. Naše systémy budou charakterizovány různými fyzikálními technikami: vysokopolní a vysokofrekvenční EPR a NMR spektroskopií, hmotnostní spektrometrií, SQUID a X-Ray krystalografií.
Jednou z nejperspektivnější skupin moderních materiálů jsou tzv. slitiny s vysokou entropií, ve kterých atomy několika (typicky více jak 3-5) prvků náhodně obsazují pozice v krystalické mříži. Kombinováním různých druhů atomů lze získat materiály se širokou paletou jedinečných vlastností. Po intenzívním zkoumání mechanického chování těchto slitin v minulých letech se do popředí zájmu dostávají i jejich vlastnosti magnetické, které budou náplní plánovaného doktorandského studia. Měření budou podpořena teoretickými výpočty. Plánovaný výzkum bude navazovat na předešlou spolupráci vědců z České republiky, Německa, Rakouska a USA: O. Schneeweiss, M. Friák, M. Dudová, D. Holec, M. Šob, D. Kriegner, V. Holý, P. Beran, E. P. George, J. Neugebauer, and A. Dlouhý, Magnetic properties of the CrMnFeCoNi high-entropy alloy, Physical Review B 96 (2017) 014437.
Školitel: Friák Martin, Mgr., Ph.D.
Multiferoika jsou perspektivní materiály pro mikroelektroniku, spintroniku a senzorickou technologii. Multiferoika kombinují pokročilé vlastnosti minimálně dvou typů materiálů jako jsou feromagnetika, feroelektrika a feroelastika. Práce bude věnována analýze mechanismu magnetoelektrického jevu. Dizertační práce by měla zahrnovat stanovení vlivu elektrické polarizace a mechanického namáhání na magnetickou strukturu.
Lokalizované povrchové plasmony (LSP) buzené v kovových nanočásticích (plasmonické antény) mohou vykazovat různé mody lišící se v energií, rozložení nábojů (dipóly vs multipóly) a radiaci (světlé a temné mody). Jednou z nejefektivnějších metod umožňujících buzení a charakterizaci-mapování těchto modů v jednotlivých anténách je spektroskopie ztrát energie elektronů (EELS) realizovaná pomocí rastrovací transmisní elektronové mikroskopie s vysokým rozlišením (HR STEM). PhD studium se zaměří na aplikaci HR STEM-EELS pro mapování LSP modu v plasmonických anténách. Pozornost bude věnována zejména výzkumu hybridizovaných modů vázaných anténních struktur anebo silné vazbě mezi mody v plasmonických anténách a excitacemi v jejich okolních prostředích. Těmito excitacemi budou polaritony v kvantových tečkách v okolí antén (viditelná oblast) anebo fonony v absorbujících substrátech-membránách antén (IR – mid IR). V prvním případě experimenty budou realizovány pomocí HR STEM-EELS umístěném v infrastruktuře CEITEC Nano (Titan), v druhém případě pomocí mikroskopu Nion UltraSTEM nacházejícím se v některé ze zahraničních laboratoři (např. Národní laboratoř v Oak Ridge)
Práce je zaměřena na nové materiály, které jsou potenciálními kandidáty pro použití při výrobě planárních a případně 2-dimenzionálních tranzistorů s efektem pole (2D FET). Výzkum má v oblasti nových 2D materiálů kromě grafenu stále velké mezery. Kromě toho je oblast bioelektroniky zajímavá hlavně pro použití nových materiálů pro neuro-záznam a / nebo neurostimulaci. Proto existují příležitosti k nalezení vhodného využití materiálů pro výrobu zařízení v technologii na bázi křemíku a také na pružných podkladech. Tyto materiály lze použít jako fyzikální a chemické senzory a chronická bioelektronická zařízení.
Školitel: Gablech Imrich, Ing., Ph.D.
Cílem práce je vymezit oblast mechanické stability vybraných krystalů za podmínek trojosého neisotropního zatížení. K tomuto účelu budou spočítána fononová spektra vybraných krystalů v jejich základních i deformovaných stavech. K výpočtu spekter budou použity silové konstanty spočtené programem VASP.
Školitel: Černý Miroslav, prof. Mgr., Ph.D.
Biologicky rozložitelné materiály pro opravu kostí poskytují bezpečnější a levnější léčbu zlomenin a defektů kostí. Aby byly kostní implantáty funkční musí kromě biokompatibility mít i odpovídající mechanické vlastnosti. Během doktorského studia bude provedena komplexní mechanická charakterizace biologicky rozložitelných materiálů vhodných pro opravu kostí. Cílem práce je tak studium mechanického chování těchto materiálů za účelem návrhu příští generace dočasných kostních implantátů. Metodika zahrnuje jak standardní, tak i nové statické a dynamické mechanické zkoušky, včetně mechanické ex vivo studie. Poznámka: Vysoce motivovaní a týmově spolupracující kandidáti s vynikajícím vědeckým záznamem a ambicí se učit něčemu novému jsou k podání žádosti velmi vítáni.
Školitel: Montufar Jimenez Edgar Benjamin, M.Sc., Ph.D.
Creepové deformace registrované při malých aplikovaných napětích se svými vlastnostmi velmi odlišují od běžně měřených plastických creepových deformací [1]. Jejich závislost na teplotě a aplikovaném napětí je mnohem slabší a jejich charakter je převážně anelastický. Mechanismus těchto deformací není znám, neboť pro svůj malý rozsah nezanechávají pozorovatelné změny v mikrostruktuře materiálu. Je zřejmé, že deformace souvisí s vytvářením pole vnitřních napětí ve struktuře materiálu. Dosud existuje jediný velmi zjednodušený model založený na ohýbání dislokačních segmentů při kombinaci viskózního skluzu a šplhání dislokací [2], je však schopen popsat jen velmi malé deformace a nevysvětluje návaznost na běžnou plastickou creepovou deformaci. Předmětem práce je vývoj komplexního dislokačního modelu creepové deformace kovových materiálů při nízkých napětích včetně přechodu k běžné creepové deformaci při vyšších napětích. Řešení bude vycházet z výše uvedeného zjednodušeného modelu a bude zahrnovat aplikaci realistického popisu interakce dislokace se segregovanými příměsemi, využití metod diskrétní dislokační dynamiky [3] a statistický popis frakce dislokačních segmentů dosahujících kritického napětí. Součástí práce bude také experimentální studium creepové deformace vybraných kovových materiálů při nízkých napětích, zejména takových, jejichž creepové chování při vyšších napětích je neobvyklé. Práce na tématu bude probíhat zejména na Ústavu fyziky materiálů AV ČR, v.v.i., kde je k dispozici všechno potřebné vybavení.
Školitel: Kloc Luboš, RNDr., CSc.
Přítomnost vnitřních rozhraní je důležitá pro funkční vlastnosti materiálů i pro vlastnosti nanočástic. Rozhraní mohou sloužit jako bariéry pro skluz dislokací nebo samy o sobě zprostředkovávat plastickou deformaci. Kromě toho mohou vnitřní rozhraní ovlivnit tvar a symetrii nanočástic. Hranice dvojčat jsou rozhraní, která mají speciální symetrii a zpravidla nízkou energii. U materiálů s nekubickou symetrií (Mg, Ti, Ni-Ti atd.), kde může docházet ke vzniku dvojčat v důsledku plastické deformace, růstu krystalů nebo fázové přeměny, je známé velké množství typů dvojčat. Tento proces je však často spontánní a vývoj metod pro jeho řízení je důležitým a stále nevyřešeným problémem. Tento projekt je věnován počítačovým simulacím procesu dvojčatění s cílem vyvinout metody, jak dosáhnout iniciace a následného růstu vybraného typu dvojčat v nekubických kovových materiálech.
Školitel: Ostapovets Andriy, Ph.D., Mgr.
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.
Kandidát bude konstruovat mikroroboty poháněné chemikáliemi pro sanaci životního prostředí pomocí polymeru a anorganické chemie.
Školitel: Pumera Martin, prof. RNDr., Ph.D.
Geometricko-fázové optické prvky představují nový nástroj pro komplexní tvarování světla a generování speciálních světelných stavů. Na rozdíl od tradičních refraktivních prvků, geometricko-fázové prvky tvarují světlo pomocí transformace jeho polarizačního stavu. Díky technologii tekutých krystalů, nebo principům plazmoniky, umožňují geometricko-fázové prvky provádět náhlé změny fáze na fyzicky tenkých substrátech. Jejich kompaktní rozměry a unikátní polarizační vlastnosti z nich dělají ideální kandidáty na jednoduše integrovatelné prostorové modulátory světla. Tématem disertační práce je nalezení a ověření potenciálu geometricko-fázových prvků v jednocestné digitální holografii a pokročilé optické mikroskopii.
Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.
For detailed info please contact the supervisor.
Školitel: Kalousek Radek, doc. Ing., Ph.D.
Auxetické materiály jsou materiály s negativním Poissonovým poměrem. Jejich specifickou vlastností je že na rozdíl od standardních materiálů se rozpínají v kolmém směru při tahové deformaci. Tento faktor dává širokou škálu využití pro komponenty, které jsou vysoce namáhané, ale musí být zafixované. Auxetický materiál nemůže být snadno vytržen z místa, kde je fixován. Jejich nevýhodou je nízká tuhost. V poslední době byl objeven způsob, jak lze auxetický materiál vyztužit, pokud je zkombinován s klasickým porézním materiálem s pozitivním Poissonovým poměrem. Student se bude zabývat různými možnosti kombinace materiálů s negativním a pozitivním Poissonovým poměrem. Bude se zkoumat efekt vyztužení a rozložení napětí při deformaci. Materiály budou teoreticky popsány pomocí mechaniky tuhé fáze.
Školitel: Žídek Jan, Mgr., Ph.D.
Durotaxe je pohyb objektu po povrchu materiálu řízený pomocí tuhosti tohoto povrchu. V literatuře je prezentován pohyb mikroskopických kapek materiálu po pevném povrchu, který je řízen gradientem tuhosti povrchu [Theodorakis, P. E.; Egorov, S. A.; Milchev, A. Stiffness-guided motion of a droplet on a solid substrate, JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS 146, 244705, 2017.]. V současné době je stále předmětem výzkumu, jakými zákonitostmi se řídí na povrchu měkkých materiálů (brush, gely, viskoelastický materiál). V rámci studia se bude porovnávat již známý pohyb po pevném povrchu s pohybem na povrchu měkkých materiálů. Bude se zkoumat, zda v těchto případech hraje roli spíše entropie, nebo zde mají vliv mezimolekulové interakce. Tím, že se usměrní pohyb objektů po povrchu, otevírají se další možnosti, jak vytvářet organizované struktury na molekulární úrovni. Ve spolupráci s Dr. Panagiotisem Theodorakisem; Institute of Physics of the Polish Academy of Sciences, Varšava, PL,
A PhD fellowship is available to conduct a project in the Central European Institute of Technology (CEITEC), Brno, in collaboration with Institute of Biotechnology (IBT), Prague, Czech Republic. The project focuses on a development of a method to seed cells inside a calorimeter with an internal volume of ≈ 100 fl under an objective lens of a high power optical microscope. A considerable part of the project involves development of special methodology to grow cells in a calorimeter. The method will then be applied to monitor cellular energetic balance with respect to cell life cycle, such as mitosis, induction of apoptosis etc. This work will be primarily conducted in CEITEC, with a minor involvement of the IBT; part of the project might be also carried out in P.R. China, based on current exchange program and mutual agreement, i.e. it is NOT mandatory.
Nanofotonika v sobě zahrnuje celou škálu specificky nanostrukturovaných povrchů, které umožňují řídit chod světelných paprsků, přičemž hrají roli optických komponent ve volném prostoru i těch integrovaných. Zavedení materiálů s fázovou přeměnou do nanofotonických zařízení přináší možnost ladit nebo přepínat vlastností těchto zařízení a proměnit je v aktivní optické prvky. Tato dizertační práce bude zaměřena na začlenění materiálů s fázovou přeměnou (jako VO2, Sb2S3 nebo Ge2Sb2Te5) do různých nanofotonických zařízení, přičemž hlavním cílem je optická kontrola výsledných laditelných optických komponent.
Monitorování chemikálií, jako jsou plyny a páry s pomocí přenosných nástrojů, je nezbytné v různých oblastech. Například v environmentálním sledováni, kde je zapotřebí přesná kontrola skleníkových plynů (např. CO2, CH4 a N2O) a velký počet snímacích systémů, aby se zajistilo velkoplošné pokrytí. Plynové senzory na bázi nanomateriálů jsou atraktivní v porovnání s jinými přenosnými přístroji pro snímání plynů v environmentálním sledovaní (včetně mikrofabrikovaných návrhů „klasických“ analytických přístrojů, jako je plynová chromatografie, hmotnostní spektroskopie nebo spektrometry iontové mobility) díky jejich relativně jednoduché architektuře, která umožňuje vysokou úroveň integrace, , miniaturizace a nízká cena výroby. V současné době jsou hlavní obavy plynových senzorů na bázi nanomateriálů zaměřeny na „typické“ provozní parametry, jako je citlivost, selektivita a stabilita, jakož i na jejich spotřebu energie, která je obecně spojena s potřebou tepelné aktivace při teplotách nad 200 ° C. Použití vodivých polymerů nebo materiálů na bázi uhlíku může částečně vyřešit tyto problémy a to tim ze poskytují citlivost na specifické plynné analyty blízké pokojové teplotě (tj. s menší spotřebou energie). Jejich vratnost a stabilita však nejsou tak dobré jako u tradičních materiálů na bázi polovodivých oxidů kovů, které jsou citlivé na plyn. Z tohoto důvodu je třeba vyvinout další materiály citlivé na plyn, včetně polovodivých oxidů kovů a / nebo modifikovaných (kompozitních / hybridních) struktur kombinací anorganických a organických materiálů k dosažení chemické, elektronické a optické senzibilizace a stability při pokojové teplotě. Tato práce se proto zaměří na vyladění chemických, elektronických a optických vlastností nanomateriálů syntetizovaných chemickými cestami v kapalné nebo parní fázi (např. hydrotermální syntéza a chemická depozice par) za účelem dosažení citlivosti plynů při pokojové teplotě. Konkrétní úkoly se zaměří na: 1. Syntéza nanomateriálů citlivých na plyn na bázi oxidů kovů dotovaných vzácnými zeminami 2. Syntéza hybridních / kompozitních (anorganických a organických) materiálů citlivých na plyn 3. Analýza materiálů a charakteristika snímání sklenikovych plynů. Práce bude zahrnovat aktivní spolupráci s dalšími výzkumnými skupinami, zejména na Institutu mikroelektroniky v Barceloně (Španělsko). V rámci tohoto projektu získá student znalosti o syntéze materiálů, plynových senzorů a chemických / elektrických / optických charakterizačních technikách.
Školitel: Vallejos Vargas Stella, Dr.
Prismatické dislokační smyčky vznikají v kovech v důsledku radiačního poškození nebo působením velké plastické deformace. Tyto smyčky se pak stávají překážkami pro dislokace potřebné k plastické deformaci a materiál se stává křehkým. Prismatické dislokační smyčky budou studovány za pomoci modelování molekulární dynamikou a také experimentálně s použitím elektronové transmisní mikroskopie.
Školitel: Fikar Jan, Mgr., Ph.D.
Nanostrukturované povrchy vykazují antibakteriální vlastnosti. K využití těchto vlastností je nutné vyvinout metodiku pro velkovýrobu nanostruktur na objektech různých tvarů, jejichž povrchy nejsou ani zdaleka ideální. Naše předběžné údaje ukazují, že elektronový paprsek lze použít k pěstování polymerní nanostruktury na povrchech keramiky. Pro rozšíření základních znalostí o aplikace je nutné popsat a pochopit roli růstových parametrů, kvality substrátu, chemie použitého prekurzoru atd. Souběžně by měly být hodnoceny vlastnosti vyrobených nanostruktur. Cíl Ph.D. je pěstovat pole nanostruktur a hodnotit roli růstových parametrů na jejich morfologii, mechanických, chemických a antibakteriálních vlastnostech. Naší vizí je vyvinout škálovatelnou metodiku pro nanostrukturované povlaky implantátů, která by zabránila pooperačnímu zánětu a usnadnila proces hojení. (Podrobné informace získáte od Jana Čechala nebo Davida Salamona)
Návrh a stavba prototypu přenosných zařízení pro diagnostiku v místě odběru vzorku/místě péče o pacienta (Point of Care testing) je obzvláště dnes výzvou nejen v reakci na pandemii SARS-CoV-2. Vyšší míra testování s sebou přináší náklady, ale na druhé straně mnohem výrazněji omezuje ekonomické škody. Tato práce se bude zaměřovat na návrh levného zařízení s prototypováním využívající 3-D tisk, fluidní management a další. Zařízení bude využívat technologie pro izolace biomolekul (biomarkerů) pomocí paramagnetických částic (MPs) a detekční část využívající přesnou chemiluminiscenční imunoanalýzu (CLIA). Aplikační zaměření prototypu v ranném stádiu TRL (technology readiness level) bude směřovat k márkerům infekčních onemocnění.
Školitel: Zítka Ondřej, doc. RNDr., Ph.D.
Materiály s vysokou permitivitou jsou zapotřebí pro nové aplikace, např. v integrovaných obvodech další generace či v kondenzátorech. Ve výrobě kondenzátorů jsou materiály s vysokou permitivitou žádoucí pro dosažení vyšší hustoty energie v kondenzátoru, a tedy ke zmenšování rozměrů. V dnešní době se nejvíce používá čistý materiál BaTiO3 u komerčních keramických kondenzátorů. Dopováním se dá permitivita tohoto materiálu zvýšit až 10krát. Cílem je tedy najít možnosti, jak u BaTiO3 řízeně navýšit permitivitu formou dopování nebo úpravou materiálu. V rámci studia je předpokládána stáž na Universitě v Oulu.
Školitel: Sedláková Vlasta, doc. Ing., Ph.D.
Hlinkové fólie s různými příměsemi a o tloušťce 20 – 100 nm budou vystaveny různým tepelným zpracováním pro optimalizaci velikosti zrn a stabilizaci hranic zrn. Pevnost vzorků bude testována při deformaci za teplot do 400°C a bude studována jejich mikrostruktura za pomocí transmisní elektronové mikroskopie. Dosažené experimentální výsledky budou simulovány pomocí molekulární dynamiky.
Základním překážkou pro odvození teoretických modelů chování hierarchických nanokompozitních struktur je neschopnost přímo řídit jejich strukturu na více rozměrových škálách. Řízené samouspořádávání nanočásticových stavebních bloků se syntézně definovanou supramolekulární architekturou představuje možnost, jak prostorově řízené hierarchické disperze nanočástic dosáhnout.V literatuře neexistuje teoretický aparát popisující jednotlivé zákonitosti řídící procesy samouspořádávání nanočástic v polymerním kontinuu do hierarchických struktur. V tomto projektu se zaměříme na vytvoření experimentálních a teoretických základů nového víceúrovňového predikčního modelu vztahů mezi strukturními proměnnými, mechanismy a kinetikou vzniku strukturní hierarchie samouspořádávání nanočásticových stavebních bloků a fyzikálně-chemickými a mechanickými vlastnostmi a funkcemi v polymerních nanokompozitech.
Cílem projektu je nalezení postupu přípravy konstrukčních pěn, u nichž je materiálem stěny kompozit s auxetickými inkluzemi a které mají předepsaný profil porozity a Poissonova poměru s minimální teplotní roztažností.
V dnešní době existuje mnoho zajímavých témat o editaci genů, přípravě a aplikaci umělých enzymů, otázkách vzniku života na rané Zemi, vývoji nových analytických metod a mnoho dalších. Nová generace světlem řízených reakcí a procesů je společným jmenovatelem těchto témat a vytváří tak zcela nové anebo inovativní způsoby řešení. Hlavním cílem navrhované disertační práce je studium a charakterizace reakcí a procesů indukovaných světlem a jejich aplikace do oblasti analytické chemie, materiálové chemie a prebiotické chemie. Doktorand naváže na již publikované práce jako [1-4].
Školitel: Vaculovičová Markéta, doc. Mgr., Ph.D.
Disertační práce je zaměřena na výzkum a vývoj komplexních vícevrstvých topných systémů sestávajících z izolačních a elektro odporových materiálů připravovaných technologiemi žárových nástřiků, a to včetně studia změny jejich fyzikálních a materiálových vlastností. Cílem práce bude návrh vícevrstvého topného systému, se zaměřením na jeho přípravu s využitím procesů práškové metalurgie a technologií žárových nástřiků, a to včetně studia fyzikálních vlastností jednotlivých vrstev, jejich strukturní stability a fázových změn, které mohou probíhat během dlouhodobé izotermické a cyklické tepelné expozice. Pro studium a hodnocení vlastností takto připravených topných systémů budou využity veškeré dostupné metody využívané v oborech materiálového a fyzikálního inženýrství.
Školitel: Čelko Ladislav, doc. Ing., Ph.D.
Tématem dizertační práce je vývoj technologických postupů zcela unikátní výroby keramických prototypů a malých sérií složitých keramických dílů pomocí technologie 3D obrábění. Dizertační práce je proto zaměřena na výzkum polotovarů pokročilé keramiky pro 3D obrábění na bázi oxidů zirkoničitého, hlinitého, fosforečnanů vápenatých a dalších keramik pro dentální a konstrukční aplikace a perspektivně i pro individuálně tvarované chirurgické implantáty. Polotovary budou připraveny jak pro hutné keramické díly, tak i pro tělesa z keramické pěny. Pro výrobu velkých a složitých dílů budou vyvinuty tvarové obrobitelné polotovary zajišťující spolehlivou a ekonomickou přípravu těchto dílů. Polotovary budou zpracovány pomocí CAD/CAM technologie s využitím CNC frézování.
Nanostruktury mohou díky svým rozměrům srovnatelných s vlnovou délkou použitého světla přímo ovlivnit vlastnosti odražené nebo procházející elektromagnetické vlny. Věda zkoumající interakci elektromagnetické vlny a nanostruktur se nazývá nanofotonika. Ta nachází uplatnění například ve fotovoltaice nebo zesílené optické spektroskopii. Kromě velikosti a tvaru nanostruktur lze také světlo ovlivňovat pomocí jejich materiálových vlastností. V poslední době se řada vědeckých týmu zaměřuje právě na tyto opticky aktivní pokročilé materiály jako jsou například perovskity nebo 2D vrstvy dichalkogenidů přechodných kovů (TMD). Tyto pokročilé materiály lze velmi často opticky charakterizovat pomocí fotoluminiscence (PL), a to především pomocí konfokální optické spektroskopie, pomocí časově rozlišitelné spektroskopie nebo pomocí rastrovací optické mikroskopie v blízkém poli. Všechny tyto experimentální techniky, ale i příslušné numerické simulace (např. FDTD, DFT, BEM) jsou k dispozici na Ústavu fyzikálního inženýrství FSI VUT a budou představovat hlavní nástroje pro řešení zadání doktorského studia.
Magnetické materiály představují vysoce laditelnou platformu pro konstrukci adaptivních optických a magnonických prvků. Kromě toho lze parametry uspořádání v komplexních materiálech s magnetickým fázovým přechodem řídit pomocí různých řídicích sil, jako je teplota, magnetické a elektrické pole, napětí, spinově polarizované proudy a optické pulsy. Ph.D. kandidát prozkoumá metamagnetický fázový přechod prvního řádu v materiálech, které byly vystaveny silnému prostorovému omezení a optickým podnětům a navrhne nové funkční systémy kombinací jednotlivých struktur s dobře kontrolovanými vlastnostmi do 2D a 3D polí.
Imunitní systém a kosterní systém se vyvinuli společně u obratlovců. Proto mezi nimi existuje úzký a synergický vztah. Cílem projektu je studovat in vitro přeslechy mezi imunitními a kostními buňkami a zjistit, jak mohou fyzikálně-chemické a strukturní vlastnosti materiálů tyto interakce řídit, aby bylo možné vyvinout nové terapie pro onemocnění krve a kostí. Během studia bude mít kandidát příležitost učit se a pracovat od syntézy materiálů až po biologickou charakterizaci. Vysoce motivovaní a spolupracující kandidáti s vynikajícími výsledky a ambicí učit se jak z materiálů, tak z biologických věd jsou vítáni k podání přihlášky.
In this study plasmonic resonant nano-and micro-structures (particles, antennas, tips) will be used for enhancement of photoluminescence of nanostructures such as nanodots, nanowires and 2D materials (e.g. metal dichalcogenides: MoS2, WS2,....). In this way single photon sources provided by defects of these structures might be recognized.
Školitel: Křápek Vlastimil, doc. Mgr., Ph.D.
Navrhovaný Ph.D. projekt si klade za cíl studium plazmového zpracování nanovlákenných fólií. Předpokládané využití nanovlákenných materiálů zahrnuje zdravotnický textil, filtraci, ochranné oděvy a katalýzu. Nejvýznamnější výhodou nanovlákenných polymerních fólií je jejich porozita a vysoký poměr povrchu k ploše, který umožňuje absorpci vlhkosti, podporuje výměnu plynů a poskytuje vysoké množství náplně léčiva na jednotku hmotnosti. Morfologická podobnost s extracelulární matricí (ECM) je výhodná pro obvazy ran a tkáňové inženýrství, protože v těchto aplikacích je nutné zajistit buněčnou adhezi, růst a proliferaci. Plazmová polymerace řeší problém hydrofobicity nebo chemické inertnosti nanovláken. Tento projekt zkoumá plazmovou polymeraci z hlediska plazmatických a povrchových procesů vedoucích k zachování reaktivních funkčních skupin, tvorbě nanočástic a porozumění hloubce průniku do mikroporézních materiálů. Depozice vrstev na bázi Cu pomocí magnetronového naprašování bude studováno na polymerní nanovlákna pro jejich antibakteriální úpravu. Navrhované PhD téma je součástí dvou mezinárodních výzkumných projektů zahrnujících spolupráci s Ruskou akademií věd a Lucemburským vědeckým a technologickým institutem.
III-nitridy (Ga,Al,In-N) jsou polovodiče s velkou šířkou zakázaného pásu, ve kterých jsou atomy vázány iontovými a kovalentními silami. V nedávné době jsme vyvinuli empirický model pro GaN s vnitřně konzistentním přenosem náboje, který systematicky implementuje iontovou složku do původně čistě kovalentního modelu. Cílem tohoto projektu je využít tento nový model ke zkoumání struktur a přenosu náboje okolo rozsáhlých defektů v GaN a AlN pomocí metod molekulární statiky a dynamiky. V druhé části projektu bude tato metoda aplikována na studia rozhraní mezi hexagonálním AlN a Si{111}, a také mezi kubickým GaN a Si{100}. Nové poznatky z těchto simulací budou bezprostředně korelovány s dalším projektem aktuálně realizovaným ve skupině, který se zaměřuje na optimalizaci rané fáze epitaxního růstu III-nitridových filmů.
Školitel: Gröger Roman, doc. Ing., Ph.D. et Ph.D.
Spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) je spektroskopická technika umožňující rychlou analýzu povrchů vzorků. Její analytický výkon je zaměřen převážně na opakovací frekvenci a poskytuje tak jedinečnou platformu pro prvkové mapování rozsáhlých vzorků. V současnosti je ale rozlišení metody LIBS nejčastěji na úrovni stovek mikronů, což je nedostačující pro biologické aplikace. Cílem této práce je navrhnout system LIBS, který bude poskytovat vysoké prostorové rozlišení (max. desítky mikronů) a současně bude mít dostatečnou citlivost v detekci zvolených analýtů.
Trendem poslední doby je snaha snižovat hmotnost balistické ochrany, ale současně rostou požadavky na její odolnost. Proto dochází k postupnému přechodu oxidové keramiky na neoxidovou u personální balistické ochrany a přípravě lehkých kompozitních materiálů pro ochranu vozidel. Cílem tohoto Ph.D. studia je výzkum chemických reakcí u materiálů keramika-kov, které mohou pomoci zvýšit absorpci kinetické energie balistického projektilu. Nové vysoce entropické směsi budou připraveny jako materiály teoreticky schopné absorbovat velké množství kinetické energie. Práce má charakter jak základního výzkumu, kdy budou popsány fyzikálně chemické procesy během přípravy materiálů, tak i aplikačního, kdy budou primárně používány materiály s významným ekonomickým potenciálem. Důležitou metodou pro přípravu nových kompozitů bude technika Spark Plasma Sintering. U zhotovených kompozitních materiálů budou měřeny vybrané mechanické vlastnosti, podle kterých pak bude zpětně optimalizována jejich příprava.
Kandidát PhD bude modelovat, navrhne a vyrobí pole nanostrukturovaných elektrod ze zlata, stříbra nebo jejich amalgámů k detekci biomarkerů rakoviny. Práce začne studiem literatury za účelem určení nejvhodnější elektrochemické metody pro stanovení biomarkerů. Poté kandidát PhD provede základní studii vybraných elektrochemických detekčních technik pomocí standardních tříelektrodových systémů. Paralelně student také určí podmínky pro elektrochemickou depozici Au, Ag, AuHg a AgHg nanostrukturovaného povrchu. Po této bude charakterizovat povrch, jako je například jeho plocha a složení. Nakonec student navrhne a vyrobí mikrofluidní systém s použitím pole nanostrukturovaných elektrod a zopakuje měření popsané výše s vzorkem emulujícím klinický na detekci metalothioneinu nebo jiného vhodného markeru rakoviny.
Náplní práce bude příprava porézních struktur keramiky na bázi kalcium fosfátů šitých na míru pro náhradu meziobratlové ploténky. Využitím pokročilých keramických procesů budou optimalizovány mikrostruktura, chemické složení a mechanické vlastnosti materiálu tak, aby umožnili kolonizaci keramiky specifickými buňkami, které budou podporovat proces integrace a hojení.
Školitel: Částková Klára, doc. Ing., Ph.D.
K dispozici je stipendium PhD pro realizaci projektu na Středoevropském Technologickém Institutu (CEITEC) v Brně. Projekt je zaměřen na vývoj nanostrukturovaných materiálů pro povrchy napodobující přilnavé packy gekona. Klíčovou součástí práce je provedení modelování metodou konečných prvků (FEM) požadované struktury a její zhotovení v zařízení CEITEC ve spolupráci s dalšími místy, jako jsou HKUST, Hongkong, ČLR. Dále musí být povrch struktury ošetřen tak, aby bylo dosaženo požadovaných povrchových vlastností monovrstvou a charakterizováno měření přilnavýh sil pomocí AFM. KoV koneřné fázi student vytvoří systém pro demonstraci využití adhezní síly. Tato práce bude primárně prováděna v CEITECu. Kandidát by měl být vysoce motivovaný. Nutný předpoklad je magisterský titul z fyziky, matematiky nebo strojírenství, případně elektrockeho inženýrství nebo biofyziky. Vyžaduje se dobrá komunikace a interpersonální dovednosti a sluřní znalost angličtiny.
Progresivní slinovací techniky umožňují slinování pokročilých keramických materiálů buď za výrazně kratší čas, nebo dokážou zhutnit jinak obtížně vyrobitelné materiály. Typickými zástupci jsou: Rychlé slinování (rapid sintering), SPS (Spark Plasma Sintering), Flash sintering a také nejnověji Cold sintering. V rámci práce bude mít student za úkol studovat problematiku těchto druhů slinování, experimentálně je ověřit, zabývat se základní kinetikou jednotlivých progresivních technik a také zjistit dopad těchto slinovacích technik na užitné vlastnosti (mechanické, elektrické, optické a jiné).
Školitel: Pouchlý Václav, doc. Ing., Ph.D., Ing.Paed.IGIP
Díky své geometrii jsou kvazi-jednorozměrné nanomateriály přirozenou volbou pro vytváření nanosoučástek např. v elektronice a fotonice. Není obtížné je elektricky kontaktovat a tak vytvářet i 3D obvody. Navíc jsou vhodné jako elektrody pro použití v nano- a mikro měřítku např. pro detekci komunikace buněk nebo elektrochemii. 2D materiály nepředstavují takovou výzvu, je však potřeba je připravovat na strukturovaném povrchu, aby nebyly v kontaktu s podložkou, což může ovlivnit např. měření jejich elektrických vlastností. Náplní práce studenta bude kontaktování nízkodimenzionálních materiálů a tvorba nanozařízení cílících jak na měření vlastností materiálů (elektrické, optické) tak i pro cílové aplikace (fotonika, bioelektronika atd.).
K dispozici je stipendium PhD pro práci na projektu ve Středoevropském technologickém institutu (CEITEC) v Brně. Projekt je zaměřen na vývoj přenosného systému extrakce RNA z viru viru SARS-CoV-2 a jeho izotermální amplifikaci a následnou detekci. Klíčovou součástí práce je provedení teoretické analýzy systému, vytvoření protokolu extrakce a následného zpracování vzorku. Kromě teoretické části uchazeč PhD také sestaví mikrofluidický systém extrakce RNA a dále optický systém založený na chytrém telefonu s fluorescenčním filtrem a ve spolupráci s dalším studentem vytvoří algoritmus pro zpracování obrazu v prostředí MATLAB. Kandidát PhD vyrobí mikrofluidický systém, spustí protokol extrakce a bude detekovat přítomnost RNA. Systém bude schopen zpracovat 4 vzorky najednou. Tato práce bude primárně prováděna v CEITECu a částečně také ve spolupráci s Karlovou Univerzitou v Praze. Kandidát by měl být vysoce motivovaný. Je nutný magisterský titul z fyziky, matematiky, strojního či elektrického inženýrství nebo molekulární biologie či jiného oboru z oblasti bioinženýrství. Nezbytná je základní znalost prostředí MATLABu. Vyžaduje se dobrá komunikace a interpersonální dovednosti a znalost angličtiny. Student NEBUDE pracovat s viry COVID-19 či jinými, tato práce bude prováděna na specializovaném pracovišti s odpovídající úrovní biologické ochany k tomu určenými pracovníky.
Tato dizertační studie zkoumá metodu přímého tisku inkoustem, také známého jako robocoasting, pro in vitro výrobu struktur podobné biologické tkáně s potenciálním využitím jako i) náhradní tkáně nebo orgány v tkáňovém inženýrství a regenerativní medicíně, anebo ii) ve vývoji modelů pro in vitro testování léků a nových terapií. Přímý tisk inkoustem je metoda aditivní výroby, která je schopná vyrábět polymerní, keramické nebo kovové tvary. Kromě toho, tato metoda nabízejí možnost využití bio inkousty obsahující buňky pro přímou výrobu struktur podobné biologické tkáně. V průběhu studií kandidát bude mít možnost naučit se široký rozsah věcí, od syntézy materiálů pro výrobu až po biologické charakterizaci vyrobených struktur. Hlavní pozornost se bude věnovat výrobě kosti podobné tkáně, ale podle výsledků, to bude zahrnovat také jiné tkáně, jako pankreas, svaly nebo neuronální tkáně. Vysoce motivovaní a naměřené na spolupráce kandidáti s vynikajícím pracovním profilem a s ambicí naučit se materiálové a biologické vědy jsou vítány podat žádost.
Přímá přeměna slunečního záření na elektřinu je velmi elegantní metoda výroby obnovitelné energie šetrné k životnímu prostředí. Toto vědní odvětví je známé jako fotovoltaika (PV). V poslední se době se ferroelektrické (FE) solární články staly velmi populárními mezi různými výzkumnými skupinami po celém světě díky jejich jedinečným vlastnostem, například skutečnosti že napětí naprázdno (VOC) je vyšší než pás zakázaných energií a dále dochází ke spontánní polarizaci, což je příčinou fotovoltaického efektu. Aktuálními problémy FE PV jsou: i) široký pás zakázaných energií (Eg), který se blíží 3 eV pro většinu FE PV, ii) špatná absorpce slunečního světla, iii) krátká životnost generovaných nosičů náboje a iv) nízká pohyblivost nosičů náboje. Cíle této disertační práce jsou: i) zmenšit pás zakázaných energií vybraných FE materiálů, které obvykle mají pás zakázaných energií v rozmezí 2 až 4 eV prostřednictvím dopování. ii) Hybridizace materiálů s organickým singletovým excitonovým štěpením (SF) s anorganickými FE materiály za účelem syntézy epitaxních FE fotovoltaických (PV) vrstev. iii) Výzkum elektrických a optických vlastností získaných FE-PV. iv) Porozumění mechanismu přeměny sluneční energie v zařízeních FE-PV. FE-PV tenké vrstvy budou připravovány pomocí fyzikálních depozičních metod, například magnetronovým naprašováním, pulzní laserovou depozicí a molekulární svazkovou epitaxí. Získané vrstvy budou charakterizovány rtg difrakcí, fotoelektronovou spektroskopií (XPS), rastrovací elektronovou mikroskopií (SEM), a pomocí rastrovacího transmisního mikroskopu s vysokým rozlišením (HR STEM) a podobně. Navíc budou studovány optické a elektrické vlastnosti materiálu.
Cílem práce bude příprava a charakterizace keramických a kompozitních vláken metodou elektrostatického zvlákňování pro elektrické a elektrochemické aplikace.
The growing amount of CO2 in the atmosphere, mainly caused by industrial manufacturing, has been a grave concern for its effect on global warming. Increasing CO2 concentration in the atmosphere is believed to have a deep impact on the global climate. Photocatalytic and electrocatalytic processes become disruptive approaches to address CO2 reduction from the environment since required input energy could be supplied from unlimited solar energy. In this process, generally, photogenerated excitons dissociate in free charge carriers and reach reacting species at the catalyst surface before recombination occurs. Accounting for these most photocatalytic reactions, including H2O splitting, the photocatalytic efficiency for CO2 reduction is mainly determined by the light-harvesting efficiencies, the charge separation, and the surface reaction. The background of this research generally is of applied physics, material science & engineering, and some parts of organic chemistry
Množství dat, která generují současné nejmodernější systémy spektroskopie laserem buzeného plazmatu, neustále roste. Data mají běžně miliony objektů (spekter) a tisíce proměnných (vlnových délek). Tento nárůst v objemu dat ovlivňuje kapacitu a možnosti ukládání dat, jejich sdílení a zpracování. Zefektivnění těchto procesů je pak možné např. snížením dimenze samotných surových dat. Toho budiž dosaženo filtrováním nepotřebné, nadpočetné informace a šumu z analyticky významné informace. V této práci budou aplikovány pokročilé nelineární matematické algoritmy. Základním parametrem nově vytvářených algoritmů zpracování dat je pak robustnost. Výstupy této práce budou využity ve zpracování dat napříč aplikacemi, z nichž nejstěžejnější je víceprvkové mapování povrchu vzorků.
Vývoj klasické medicíny směrem k její personalizaci stimuluje akceleraci výzkumu nových léčebných modalit schopných aktivního a selektivního vyhledávání a cílení postižených buněk s cílem protekce zdravých tkání a zvýšení terapeutického indexu léčiv. Toho lze docílit vazbou či enkapsulací léčiva do nanoskopických transportérů. Jednou z nejprogresivnějších skupin těchto nanomateriálů jsou proteiny přirozeně vyskytující se v organismu, tudíž mající vysokou míru bio- a imunokompatibility. V rámci postgraduální práce budou studovány rekombinantně připravené feritiny s různým zastoupením podjednotek a různou receptorovou afinitou. Feritiny budou využity pro enkapsulaci bioaktivních látek využitelných v protinádorové léčbě. Povrch feritinů bude dále sloužit jako platforma pro modifikaci cílícími ligandy (peptidy, protilátky) měnící receptorovou afinitu nanotransportérů či makromolekulami pro zvýšení cirkulace v krevním řečišti. Připravené nanotransportéry budou poté detailně studovány v různých biologických modelech in vitro a in vivo.
Školitel: Heger Zbyněk, doc.
Rentgenová počítačová tomografie se začíná řadit mezi zobrazovací metody běžně používané v oblastech výzkumu vývojové biologie a ostatních biologických oborů. MikroCT sken nativního vzorku zobrazí pouze mineralizovanou kostní tkáň. V případě, že je potřeba zobrazit i okolní měkké tkáně se musí vzorek nabarvit v roztocích prvků s vysokým protonovým číslem. Spojení skenů nativního a nabarveného vzorku umožní přeskočení časově velmi náročného procesu manuální segmentace mineralizovaných kostí v nabarveném datasetu, tento přístup nabídne novou, rychlejší metodu analýzy komplexních biologických vzorků. Součástí této práce bude optimalizace metod barvení měkkých tkání a ko-registrace nativního a barveného datasetu.
Stávající laboratorní systémy počítačové systémy jsou vybaveny rentgenovou trubicí, jakožto zdroj rentgenového záření. Další možností jak generovat rentgenové záření jsou lineární urychlovače, které produkují vysoko energetické záření. Tyto zařízení se momentálně dostávají z lékařského do průmyslového použítí a nové systémy jsou pro tento účel vyvíjeny. Tyto systémy jsou využívány pro analýzy velký, tlustostěnných a vysoce aborpčních dílů. S vývojem těchto systému se otvírájí nová výzkumná témata v souvislosti s implementací do materiálového výzkumu a zpracováním velko-objemových dat.
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.
Hlavním cílem diplomové práce je extrahovat a vyrobit 3D strukturu lešení s kontrolovanými fyzikálními, chemickými a mechanickými vlastnostmi z biopolymerů a jejich aplikaci jako nového léku a buněčného nosiče.
Cílem doktorského studia je připravit uspořádané soubory molekulárních magnetů/qubitů na povrchu grafenu a popsat způsob externího ovlivnění magnetické interakce mezi nimi. Jedná se experimentální práci v UHV, která je podpořena probíhajícím projektem GAČR. (Plná anotace je k dispozici v anglické verzi)
Slinování keramických materiálů za studena je v současné době zajímavé téma ukazující, že kombinací chemických činidel je možné významně snížit teploty slinování. Tímto se otevřela cesta k přípravě nových keramických materiálů a kompozitů dříve limitovaných tepelnou stabilitou. Současná pozorování ukazují, že „cold sintering“ ja založen na vícestupňovém zhutňování s podobnými modely jako slinování v kapalné fázi. Role kapalné fáze a kinetika celého procesu však dosud nebyla uspokojivě vysvětlena. Cílem této práce je přispět k objasnění mechanismu procesu cold sintering pomocí experimentů prováděných za experimentálně náročných podmínek. Experimenty budou prováděny za vyšších tlaků, teploty a s použítím koncentrovanější kapalné fáze. Tyto extrémní podmínky (ve srovnání se současnými) pomohou objasnit možnosti metody „cold sintering“ a zárověň přispějí k objasnění mechanismu slinování. Velký aplikační potenciál metody je dán nízkými teplotami přípravy a zároveň vývojem nových materiálů, experimentální práce budou prováděny s ohledem na budoucí aplikace.
Sensor systems are evolving technologies with potential to contribute towards raising living standards and quality of life. In particular, gas sensors are important in numerous traditional applications in the industry, home safety and environment, but the modern scenarios for these devices also forecast their relevance in the Internet of Things and, specifically, less traditional areas as medical diagnosis. Against a host of competing enabling technologies for gas sensing, nanomaterial-based gas sensors are well positioned due to their potential to be miniaturized and integrated in portable electronic devices at relatively low costs. However, due to their intrinsic low selectivity, the use of multivariable sensor criteria (various integrated sensors) is projected for the future, and with this, the need of better use of electrical power to achieve autonomous systems. The aim of the thesis will be directed to energy saving in gas sensors, deepening further into the use of concepts based of self-heating of (1D) nanostructures and the investigation of optical gas sensing (a promising technology to save energy and take further the sensing at molecular level). The methodologies proposed involve micro/nano fabrication cleanroom processes and electronic/chemical/optical characterization techniques to identify the changes produced in the different developed elements during gas sensing. The specific tasks will be focus on: 1. Developing transducing platforms for self-heating and optical sensing using micro/nano fabrication cleanroom processes. 2. Testing the functional properties of the sensors upon gaseous biomarkers found in exhaled breath. The thesis proposal has a strong base on previous concepts implemented by the supervisor and her team, and it will include active collaboration with other research groups particularly at the Institute of Microelectronics of Barcelona and the Unviersity of Barcelona (Spain). With this project, the student will acquire knowledge on micro/nano fabrication, gas sensors, nanostructured materials, and electrical/optical characterization techniques. Keywords gas sensors, micro/nano fabrication, 1D nanostructures, self-heating based sensors, optical sensing, low power consumption
Kontrola nad tenkými molekulární filmy vytvořených z jednomolekulárních magnetů či kvantových bitů je stěžejní ve vývoji nových elektronických a magnetických zařízení. Jejich chování na površích je stále málo probádaná oblast. Tento PhD projekt bude stavět na již existující komoře vysokého vakua pro termální sublimaci tenkých filmů koordinačních komplexů přechodných kovů a lanthanoidů. Student bude pracovat na celé cestě z objemového matriálů ve formě nasyntetizovaného prášku až po nanostrukturovaný tenký film. Hlavním cílem je být schopen predikovat a vyhodnotit magnetické vlastnosti takto připravených tenkých filmů pomocí nově zkonstruovaného spektrometru vysokofrekvenční elektronové spinové rezonance (HF-ESR). Další povrchově citlivé spektroskopické a mikroskopické metody jako např. rentgenová fotoelektronová spektroskopie (XPS), mikroskopie atomárních silm (AFM) či elektronová rastrovací mikroskopie (SEM) budou využity pro studium takto připravených tenkých vrstev. Student bude komunikovat a provádět úkoly v rámci mezinárodní spolupráce s výzkumnými skupinami v USA a Itálii.
Kontrola nad tenkými molekulární filmy vytvořených z jednomolekulárních magnetů či kvantových bitů je stěžejní ve vývoji nových elektronických a magnetických zařízení. Jejich chování na površích je stále málo probádaná oblast. Tento PhD projekt bude stavět na již existující komoře vysokého vakua pro termální sublimaci tenkých filmů koordinačních komplexů přechodných kovů a lanthanoidů. Student bude pracovat na celé cestě z objemového materiálu ve formě nasyntetizovaného prášku až po nanostrukturovaný tenký film. Hlavním cílem je být schopen predikovat a vyhodnotit magnetické vlastnosti takto připravených tenkých filmů pomocí nově zkonstruovaného spektrometru vysokofrekvenční elektronové spinové rezonance (HF-ESR) a infračervené spektroskopie (FIRMS). Teoretické predikce magnetických vlastností a interakcí s povrchy budou vypracovány na základě ab-initio a DFT kalkulací. Další povrchově citlivé spektroskopické a mikroskopické metody jako např. rentgenová fotoelektronová spektroskopie (XPS), mikroskopie atomárních sil (AFM) či elektronová rastrovací mikroskopie (SEM) budou využity pro studium takto připravených tenkých vrstev. Student bude komunikovat a provádět úkoly v rámci mezinárodní spolupráce s výzkumnými skupinami v USA a Itálii.
Práce je zaměřena na experimentální studium stability plasmaticky nanášených tepelných bariér, konkrétně na posouzení souvislosti povrchové topografie vazebného povlaku a poškození při mechanickém a teplotním namáhání, a identifikaci optimální topografie, která povede ke zvýšení provozní životnosti pro oblasti transportu a výroby energie. V rámci práce budou studovány konvenční MCrAlY + ZrO2-Y2O3 systémy s různým charakterem povrchové topografie vazebné MCrAlY vrstvy připravené pomocí plasmatického nástřiku z různých práškových frakcí. Vzorky budou podrobeny vysokoteplotní izotermické oxidaci, tepelnému cyklování a mechanickému namáhání za pokojových teplot.
Školitel: Slámečka Karel, Ing., Ph.D.
Hlavním cílem práce bude najít vhodnou metodu pro stabilizaci proteinů a případně peptidů používaných pro transdermální aplikace, její optimalizace a charakterizace včetně hodnocení účinnosti takto připravených materiálů.
Ferit bizmutu je charakterizován přítomností magnetoelektrického jevu. Interakce mezi magnetizací a elektrickou polarizací je definována krystalovou mřížkou. Cílem práce bude, dle zvolených parametrů přípravy vzorků získány homogenní antiferomagnetické struktury. Výsledky této práce mohou být použity pro design memristorů, senzorové technologie atd.
Bandstructure engineering of semiconductor heterostructures enables optoelectronic devices with designed characteristics. The material parameters of conventional III-V semiconductors limit the wavelength range of such devices to infrared wavelengths. The scope of this thesis is to characterize and optimize oxide-heterostructures to apply established concepts like electro-optic modulation, non-linear wave-mixing or intersubband detection to shorter wavelengths in the visible or near-UV. Previous experience with measurement setups at CEITEC (SEM, TEM, AFM, XPS, ellipsometry) is of advantage. Applicants should be fluent in English and committed to self-motivated work in an international research group. Further relevant skills include utility programming for data analysis and lab automation (e.g. C++, Ruby, Python, Linux) as well as documentation and publication of results (LaTeX, etc.). The group of Dr. Hermann Detz focuses on novel materials for sensing applications in near- and mid-infrared sensing platforms. Particular emphasis is placed on the integration of novel plasmonic materials with established III-V optoelectronic devices. The group provides a multi-disciplinary, international environment. Scientific results are published in peer-reviewed journals and presented at international conferences.
V současné době dochází k velkému rozvoji nanomateriálů, které nachází využití v průmyslu. S jejich masovým využitím se zvyšuje riziko průniku do životního prostředí, a proto je nutné monitorovat jejich vliv na různé ekosystémy. Spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) je optická emisní metoda vhodná mimo jiné pro prvkové mapování povrchu velkých vzorků. Informace o biodistribuci a bioakumulaci materiálu v organismu je velmi důležitá pro správné vyhodnocení jeho toxického efektu. Metoda LIBS dokáže s dostatečným rozlišením detekovat kontaminanty v rostlinách. Cílem této práce je stanovení bioakumulace a translokace vybraných nanomateriálů v rostlinách.
Laserová ablace materiálu je základním stavebním kamenem chemické analýzy, kterou využívá několik technik analytické chemie. Spektroskopická studie charakteristického záření plazmatu poskytuje kvalitativní a kvantitativní informaci o složení materiálu. Standardní analýza vychází pouze ze zpracování detekovaného optického signálu. Samotný proces ablace je pak pouze na okraji zájmu a nedostává se mu náležité pozornosti. Avšak, pouze úplné pochopení komplexnosti, kterou interakce laserového záření s materiálem skrývá, může vést k dalšímu zlepšení zpracování dat. Tato práce bude zaměřena na studium vývoje laserem buzeného plazmatu v čase a prostoru, jeho optickém zobrazování a určování jeho termodynamických vlastností. Výstupy této práce budou dále použity v další optimalizaci ablace materiálů (vč. Biologických tkání), optomechanicky (sběrná optika) a algoritmů pro standardizaci signálu.
K dispozici je stipendium PhD pro realizaci projektu na Středoevropském technologickém institutu (CEITEC) v Brně. Cílem této práce je provést teoretické studium, návrh, výrobu a charakterizaci tranzistorů řízených polem (FET) založených na pokročilých planárních technologiích s využitím moderních 2D materiálů, jako je silicene, germanene atd., PhD kandidát identifikuje poměr šum/signál systému a jeho detekšní limitdetekce (LOD) sledovaných biosubjektů pomocí 2D FET. Rovněž navrhne a vyrobí jednoduchý mikrofluidický systém, který bude zkoušet vzorek na vhodném místě na čipu. Tato práce bude primárně prováděna na pracovišti CEITEC. Doktorand bude kromě toho spolupracovat buď s Regionálním centrem alikované molekulární onkologie (RECAMO) v Brně nebo se skupinou na Mendelově univerzitě. Kandidát by měl být vysoce motivovaný. Je nutný magisterský titul z fyziky, matematiky, biologie, analytické nebo fyzikální chemie, případně chemie. Znalost MATLABu a základní dovednosti přístrojové techniky jsou plus. Vyžaduje se dobrá komunikace, interpersonální dovednosti a znalost angličtiny.
Stáž PhD je k dispozici na Středoevropském technologickém institutu (CEITEC) v Brně. Cílem této práce je studovat adhezní sílu mezi nanostrukturovaným povrchem a živými buňkami pomocí mikrofluidních systémů. Student vytvoří systém nanostrukturovaných sloupů s požadovanými povrchovými vlastnostmi. Očekává se, že buňky budou připojeny k horní části sloupků a v důsledku adhezních sil buněk deformují tvary sloupků. Student zachytí změnu tvaru struktur v reálném čase pomocí mikroskopu. Video bude zpracováno skriptem v prostředí MATLAB, aby se vytvořilo video adhezní síly mezi buňkou a sloupky v reálném čase. Tato práce bude primárně prováděna v CEITECu. Kandidát by měl být vysoce motivovaný. Je nutný magisterský titul z fyziky, matematiky, molekulární nebo buněčné biologie, analytické, fyzikální chemie nebo biologie či bioinženárství. Znalost MATLABu a základní dovednosti přístrojové techniky je plus. Vyžaduje se dobrá komunikace, interpersonální dovednosti a znalost angličtiny.
Využití nebo přeměna oxidu uhličitého na udržitelná syntetická uhlovodíková paliva, zejména pro účely dopravy, nadále přitahuje celosvětový zájem a může vést k nastartování cirkulární ekonomiky založené na těžení CO2 ze vzduchu a následnou hydrogenaci. Nedávno byly pro přímou a účinnou přeměnu CO2 na uhlovodíky pro trysková paliva použity katalyzátory na bázi železa. Tato doktorská práce se bude zabývat výzkumem těchto katalytických reakcí, které probíhají na kovových površích. Reakce budou studovány různými analytickými metodami, jako jsou UHV-SEM, E-SEM, MS, NanoSAM, SIMS, TEM a další, s cílem lépe porozumět mechanismu reakce na různých typech povrchů (krystaly, nanočástice) a v širokém rozsahu reakčních tlaků.
Doktorská práce se bude zabývat výzkumem v oblasti plynných katalytických reakcí pomocí analytických metod schopných monitorovat průběh reakce v reálném čase. Reakce budou studovány různými analytickými metodami, jako jsou UHV-SEM, E-SEM, MS, SIMS s cílem lépe porozumět mechanismu katalýzy na různých typech povrchů (krystaly, nanočástice) a v širokém rozsahu reakčních tlaků. V první fázi bude studována oxidace oxidu uhelnatého a následně další oxidační či redukční reakce důležité v technické praxi. Součástí práce bude i vývoj nových metod a zařízení umožňující pozorování v reálném čase a při různých experimentálních podmínkách.
Nosiče aktivních látek představují pokročilou platformu pro řízené doručování většinou ve vodě nerozpustných léčiv na potřebné místo v lidském těle. Deriváty kyseliny hyaluronové byly identifikovány jako jedna z nejperspektivnějších skupin biomateriálů pro pokročilé nosičové systémy. Avšak je nutné přesné řízení nadmolekulární struktury pro zaručení aplikační výkonnosti. Proto je potřebné fundamentálně pochopit proces samo-uspořádávaní hydrofobně modifikované kyseliny hyaluronové. Byly připraveny deriváty s různou architekturou řetězce vykazující různé finální vlastnosti. Proto bude vyvíjen vztah mezi architekturou řetězců, strukturou samo-uspořádaných útvarů a funkčními vlastnostmi. Nanostruktura samo-uspořádaných systémů bude studována jak mikroskopickými (SEM, AFM), tak rozptylovými (DLS, SAXS) technikami. Dále bude ke studiu využita fluorescenční spektroskopie a reologie. Nadmolekulární struktura bude vztažena k fyzikálně-chemickým vlastnostem řetězců a budou identifikovány klíčové parametry řídící proces samo-uspořádávaní. Bude studován také vliv supramolekulární struktury na funkční vlastnosti, a to zejména vázaní hydrofobních látek.
Školitel: Ondreáš František, Ing., Ph.D.
Pochopení magnetických vlastností materiálů je úzce spjato se studiem jejich struktury. Jako důsledek redukce velikosti částic či teploty pozorování byly v minulých letech popsány zcela nové typy magnetického chování, např. superparamagnetizmus. Důležité je, že magnetický stav může citlivě záviset na atomové struktuře, hranicích zrn nebo magnetických doménách, které se všechny výrazně mění s teplotou. Z tohoto důvodu bude studium těchto strukturních aspektů za nízkých teplot tématem navrhovaného PhD studia. Práce bude zahrnovat: - Přípravu materiálů pomocí několika metod - Studium struktury materiálu za pomocí RTG, SEM, TEM, AFM…. - Magnetická měření za pomocí VSM, PPMS a SQUIDu
K dispozici je stipendium PhD pro práci na projektu na Středoevropském technologickém institutu (CEITEC) v Brně. Projekt je zaměřuje na stadium termodynamiky fotosyntézy. Klíčovou částí práce je navrhnout, vyrobit a otestovat mikrofluidní kalorimetr na měření fotosyntézy probáhající v sinicích. PhD student také navrhne systém na měření změny teploty v kalorimetru s přesností 1 mK nebo menší. Tím bude možné detekovat změny výkonu v mikrokaloriemtru a tím monitorovat fotosyntézu s přesností 1 pW, nebo menší. Tato práce bude primárně prováděna na pracovišti CEITEC a částečně také ve spolupráci s ústavem Akademie Věd ČR v Třeboni, a dale s HKUST v Hong Kongu, ČLR. Kandidát by měl být vysoce motivovaný. Je nutný magisterský titul z fyziky, matematiky, strojírenství nebo molekulární biologie či jiného oboru z oblasti bioinženýrství nebo biologie. Vyžaduje se dobrá komunikace a interpersonální dovednosti a znalost angličtiny.
Vlákenné materiály představují vědecky i technologicky velmi zajímavé materiály, díky jejich snadné přípravě, morfologii, flexibilitě rozměrů a složení. Cílem této disertační práce je vývoj nových vláken o dosud nerealizovaných chemických složeních s průměry v submikronovém a mikronovém měřítku. Důraz bude kladen na vlákna anorganická (zejména oxidy), které mají velký potenciál ve filtračních a katalytických aplikacích. Zvláštní důraz bude kladen na vývoj elektricky vodivých vláken pro využití v high-tech textilních, elektronických a vojenských aplikacích. Použity budou dvě techniky: odstředivé zvlákňování a elektrostatické zvlákňován. Budou zkoumány různé tvary vláknitých struktur, včetně plošných vrstev, objemových forem, orientovaných vláken, atd. Celé zaměření práce je velmi silně aplikačně orientované. V plánu je intenzivní spolupráci s průmyslovými partnery směrem k testování vyvinutých vláken v reálných aplikacích.
Školitel: Macák Jan, Dr. Ing.
The aim of this topic will be the synthesis and characterization of composites containing a carbon-based material in combination with various metal nanoparticles, chelating agents, molecules, chemicals rich in biogenic elements, or polymers. Some carbon-based nanomaterials have unique ability to adhere to different surfaces and operate as carriers. The composites have attracted increasing attention because of their unique properties emerging from the combination of organic and inorganic hybrid materials. By combining the attractive functionalities of both components, and the nanostructure of the particles, nanocomposites are expected to show new and improved properties. Prepared composites will be applied as wood or plant protectants.
Magnetické nanočástice se využívají jako kontrastní látky, nosiče léků, pro diagnostiku a léčbu, zejména pro hypertermickou léčbu nádorů. Nejčastěji používanými magnetickými materiály pro biomedicínské aplikace jsou systémy nanočástic maghemitu γ Fe2O3 a magnetitu Fe3O4. Magnetit má vyšší magnetickou saturaci než maghemit, avšak v důsledku rozměrového jevu může být saturační magnetizace nižší. Povrchové atomy, které jsou v nanočásticích hojně zastoupeny, významně ovlivňují výsledné magnetické vlastnosti. Vedle velikosti jsou však magnetické vlastnosti ovlivněny i tvarem nanočástic. Téma této disertační práce je zaměřeno na syntézu a následnou charakterizaci strukturních a magnetických vlastností. Student se seznámí s metodami transmisní elektronové mikroskopie, rastrovací elektronové mikroskopie, měřením magnetických vlastností, simulacemi a metodami chemické syntézy nanočásticových systémů. Tato komplexní studie poskytne data pro optimalizaci syntézy systémů nanočástic pro biomedicínské aplikace.
K dispozici je stipendium PhD pro práci na projektu ve Středoevropském technologickém institutu (CEITEC) v Brně. Projekt je zaměřuje na vývoj digitálního systému polymerázové řetězové reakce (dPCR). Klíčovou součástí práce je provedení teoretické analýzy systému, odvození algoritmu a návrh čipu dPCR. Kromě teoretické části uchazeč PhD také sestaví optický systém s CMOS (CCD) kamerou s fluorescenčním filtrem a vytvoří algoritmus pro zpracování obrazu v prostředí MATLAB. Kandidát PhD buď vyrobí nové nebo použije v současnosti dostupné dPCR čipy, spustí protokol dPCR a bude detekovat počet jamek v čipu obsahujícím DNA. Student také provede multiplexování PCR na detekci více než jednoho genu na stejném čipu s cílem identifikovat DNA související s Downovým syndromem nebo jinou genetickou vadou. Tato práce bude primárně prováděna v CEITECu a částečně také ve spolupráci s Karlovou Univerzitou v Praze. Kandidát by měl být vysoce motivovaný. Je nutný magisterský titul z fyziky, matematiky, strojírenství nebo molekulární biologie či jiného oboru z oblasti bioinženýrství. Nezbytná je znalost prostředí MATLABu. Vyžaduje se dobrá komunikace a interpersonální dovednosti a znalost angličtiny.
Téma disertační práce se zaměřuje na výzkum ohebných samonosných keramických fólií v tloušťkách od 0,05 do 1 mm. Výzkum se bude zabývat přípravou keramických fólií a jejich mechanickými, elektrickými, popř. optickými vlastnostmi. Základním úkolem bude vývoj unikátních metod pro přípravu keramických fólií z nanočásticových suspenzí. Výzkum bude směřován do elektrotechnických aplikací, které využívají keramické fólie jako ohebných dielektrických substrátů nebo piezokeramických energy harvestrů.
Pro detailní popis tématu prosím kontaktujte mafri@ipm.cz.
Projekt se týká vývoje pokročilých keramických tepelných a environmentálních bariérových povlaků (TEBC) pro aplikace v budoucích vysoce výkonných turbínových motorech, které chrání součásti motoru v horké sekci v drsných podmínkách spalování a prodlužují životnost součástí. Ve srovnání s existujícími protějšky bude provedeny vývoj nových systémů bariérových povlaků, aby se dosáhlo jejich zlepšené teplotní stabilitě, environmentální stabilitě a dlouhodobé únavově životnosti systému. Metodika zahrnuje přípravu bariérových povlaků různými technologiemi tepelných nástřiku a jejich testování pomocí vysokotlaké hořákové soupravy a pecní cyklické oxidační soupravy s následnou obsáhlou mikrostrukturální analýzou pro vyhodnocení tepelné stability povlaku, cyklické trvanlivosti, a odolnosti proti erozi v simulovaném motorovém prostředí. K přihlášeni jsou vítáni vysoce motivovaní a spolupracující uchazeči s ambicí učit se novým věcem.
Dynamická nukleární polarizace (DNP) je jev, který významně zesiluje citlivost NMR (stokrát a vice). Existuje několik mechanismů DNP, přičemž všechny vychází z přenosu polarizace spinu elektronu (pocházející ze speciálního polarizačního činidla) na jádro. Tento process je do značné míry závislý na relaxaci spinu elektronu polarizačního činidla. Kvůli technologickým limitům se nicméně dynamika spinu polarizačních činidel studuje jen zřídka při frekvencích nad 100 GHz, repsketive 263, 329 a 394 GHz, což odpovídá frekvencím jádra v NMR při 400, 500 a 600 MHz. Vlastnosti relaxace spinů jsou obvykle studovány pulsními metodami. Stávající úroveň mikrovlnných zdrojů při THz frekvencích bohužel neumožňuje, především z hlediska výstupního výkonu, implementaci pulsních technik v širokém pásmu frekvencí. Z tohoto důvodu je spektroskopie rapidně skenovací elektronové spinové rezonance (RS-EPR) jediná možná technika pro studium dynamiky spinů při THz frekvencích. V tomto projetu bude PhD student (i) vyvíjet a implementovat techniku vysokofrekvenčních měření ve spektrometru vysokofrekvenční EPR ve vysokém magnetickém poli a (ii) studovat procesy relaxace spinů různých polarizačních činidel DNP v širokém pásmu frekvencí a teplotním rozpětí.
Topologické izolátory (TI) jsou charakteristické tím, že ačkoli jsou objemovým nevodičem, mají vodivý povrch a představují tak jedinečné vlastnosti kvantového stavu materiálu. Proto jsme nyní svědky enormního zájmu o tyto materiály. Předpokládá se, že materiály TI mají velký potenciál sloužit jako platforma pro spintroniku, a to především kvůli jejich elektronickým stavům ovládaných spinem. Tyto stavy by mohly otevřít nové cesty pro vznik aplikací ve spintronice, kvantových počítačích a magnetoelektrických zařízeních. Kromě toho se předpokládá, že propojení TI se supravodivými vrstvami dá vzniknout dosud nepoznaným fyzikálním jevům - od indukovaných magnetických monopólů po fermiony Majoranova typu. Cílem této disertační práce je i) syntetizovat teoreticky studované topologické izolátory a ii) zkoumat topologické supravodiče, vytvořené hybridizací TI a supravodivých materiálů. Tenké vrstvy TI a supravodičů budou vyráběny pomocí fyzikálních depozičních metod, použitím magnetronového narprašování a pulzní laserové depozice a epitaxní depozicí z molekulárních svazků. Získané vrstvy budou charakterizovány rentgenovou difrakční metodou, rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (XPS), rastrovací elektronovou mikroskopií (SEM) a HR (S)TEM. Magnetické vlastnosti materiálů budou zkoumány pomocí magnetometru (VSM). Na připravených vzorcích budou rovněž prováděna magneto-transportní měření.
Práce se zaměří na studium transportních vlastností 2D materiálů (grafén, dichalkogenidy přechodových kovů,...) modifikovaných rozličnými vrstvami adśorbentů. Důraz bude dán na in situ-měření vlastností za dobře definovaných UHV podmínek a následně na jejich využití v sensorických a dalších aplikacích.
Vodík je velmi perspektivním a ekologickým palivem, které může přinést významné ekonomické a environmentální výhody. Hlavní překážkou pro budoucnost vodíkové technologie je však bezpečné a efektivní ukládání vodíku (HS). Ukazuje se, že jednou z možností je HS v pevné fázi kovových materiálů (HSM). Avšak dosud zkoumané HSM nemají vlastnosti vhodné pro ukládání vodíku při teplotách a tlacích vyžadovaných pro technické aplikace. Hlavní téma této práce je proto studium HS vlastností nových modelových slitin s potenciálem sorpce vodíku za pokojových teplot a nízkých tlaků. Jedním z možných způsobů ovlivnění HS vlastností je změna stavu struktury a chemického složení HSM. Výsledky by mohly ukázat nový směr vývoje HSM.
Dizertační práce se zaměří na nalezení efektivních cest k ovládání magnetických konfigurací bez aplikovaných magnetických polí pomocí femtosekundových laserových stimulů. Zúčastněné fyzikální jevy jsou spojeny s ultrarychlou spinovou dynamikou a souvisejícím přenosem energie a momentu hybnosti mezi spinem, elektrony a mřížkou. Navrhovaný experimentální přístup bude využívat magnetické heterostruktury ke generování kolektivních magnetických excitací. Projekt předpokládá předchozí zkušenosti s optickými sestavami.
Speciální inženýrské a bio-mechanické aplikace vyžadují použití pokročilých materiálů. Vzhledem k jejich ceně a účelu použití je nutné zajistit dostatečnou únosnost komponent z nich vyrobených po celou dobu životnosti. Z hlediska únavy materiálů je často v aplikacích překročen počet 107 cyklů. Materiály pro tyto speciální aplikace budou testovány v režimu velmi vysokocyklové únavy, tedy od 106 do 1010 cyklů. Numerické simulace MKP budou použity pro návrh vzorků, zkoušky proběhnou na ultrazvukovém zkušebním stroji, mechanismy porušování budou zkoumány pomocí skenovacího elektronového mikroskopu.
Superslitiny jsou materiály se specifickou kompozitní mikrostrukturou, tvořenou dvěma koherentními fázemi, z nichž jedna má zpevňující charakter. Takto vytvořená struktura má řadu benefitů, a to zejména vyšší pevnost, stabilitu při zvýšených teplotách a v neposlední řadě pozoruhodné magnetické vlastnosti. Ačkoli jsou tyto materiály horkým tématem posledních let a je jim věnována značná pozornost, zůstává řada fyzikálních problémů, vysvětlujících chování těchto materiálů, dosud nevyřešena. Jedná se zejména o vliv vnitřních rozhraní a atomového uspořádání na mechanické a magnetické vlastnosti, jehož studium je tématem navrhovaného PhD studia. Současně bude navrhovaný experimentální studijní program komplementárně a synergeticky provázán s dlouhodobě probíhajícím teoretickým výzkumem na Ústavu fyziky materiálů AV ČR, který je zaměřen na výpočty atomární struktury pokročilých materiálů a jejich vnitřních defektů. Doktorand se tak během studijního programu seznámí (a osvojí si) experimentální metody studia struktury (zejména transmisní elektronovou mikroskopií ve vysokém rozlišení a elektronovu holografii) a poskytne experimentální data pro navazující výzkum těchto materiálů.
Přes existenci řady důkazů o důležitosti entropie v různých projevech materiálů, je tato veličina při jejich popisu velmi často zanedbána. To pak vede k nepřesným kvantitativním hodnotám a – v případě zobecňování – i k nesprávné předpovědi a interpretaci těchto jevů. Cílem navrhované práce je prokázat roli entropie na důležitém příkladu segregace příměsí na hranicích zrn v bcc železe. Bude vyvinuta metodika teoretického výpočtu entropie segregace a vypočtená data budou porovnána s experimentálně získanými hodnotami této veličiny uvedenými v literatuře. Vypočtené hodnoty entropie pak budou testovány pomocí známých jevů, jako jsou anisotropie segregace příměsí na hranicích zrn či kompenzační jev mezi entropií a entalpií.
3D tisk na bázi foto-polymerace představuje atraktivní techniku aditivní výroby. Funkční vlastnosti tištěného polymeru jako např. elektrická vodivost nebo mechanická odolnost mohou být ovlivněny přídavkem nanočástic. Nanočástice však mohou rozptylovat nebo absorbovat světlo, způsobovat heterogenní katalýzu nebo ovlivňovat rheologické vlastnosti v průběhu tisku, což vede ke změnám mechanismu a kinetiky foto-polymerační reakce a struktury výsledné sítě. Proto budou zkoumány fyzikální i chemické vlivy foto-aktivních a foto-neaktivních nanočástic na průběh foto-polymerační reakce během 3D tisku. Součástí bude charakterizace optických vlastností jednotlivých složek a směsí UV-VIS spektroskopií, popis disperzního stavu nanočástic v průběhu tisku technikami jako např. DLS, SAXS nebo SEM, stanovení vlivu různých typů nanočástic na kinetiku reakce metodami FTIR, foto-rheologie, foto-DSC a charakterizace výsledné struktury a vlastností vytištěných nanokompozitních materiálů technikami jako např. STEM, FTIR, DSC, DMA nebo mechanické testování, a to pro různé typy foto-polymerací, např. radikálovou, kationtovou nebo hybridní fotopolymerizaci.
Školitel: Lepcio Petr, Ing., Ph.D.
The metal ions Cu, Zn and Fe ions are proposed to be implicated in two key steps of peptide pathology: 1) aggregation of the peptide and 2) production of reactive oxygen species (ROS) induced by peptide in plant. In this context, the understanding of how these metal ions interact with peptides, their influence on structure and oligomerization become an important issue for peptide application. The requirement for pharmaceutical systems with reduced side-effects calls for the development of more advanced biomaterials with multifunctionality, increased biocompatibility and minimum toxicity. Peptides are usually inherently less toxic than conventional material used in plant treatment. Peptides generally affect only the target pest and closely related organisms, in contrast to broad spectrum, conventional pesticides that may affect organisms as different as birds, insects and mammals. On the other hand, biopeptides often are effective in very small quantities and decompose quickly, resulting in lower exposures and largely avoiding the pollution problems of soil and water caused by conventional pesticides. The peptides are expected to be that biocompatible material because of the nature of their components. However, metal ions inherit the multifunctional properties of peptides which have a pH tunable surface charge (charge patch) and a distribution of hydrophobic units (hydrophobicity patch) directly change the toxicity nature of peptide. Moreover, the mechanism of ROS production by metal-peptide complexes is in relation to its aggregations state, as well as the metal-transfer reaction from and to peptides are crucial in order to understand if peptides oligomers are highly toxic to the soil and plants and why peptides seems to bind Fe, Cu and Zn.
Tato disertační práce bude zaměřena na posouzení účinků povrchového zušlechťování metodou LSP na různé druhy slitin. Laser shock peening (LSP) vytvrzuje povrch pomocí pulzního laserového svazku, který generuje silnou kompresní rázovou vlnu po dopadu na povrch materiálu. Rázová vlna se šíří materiálem a vytváří kompresní zbytková napětí na povrchu materiálu. To zvyšuje odolnost materiálu vůči některým poruchám nebo zvyšuje tvrdost povrchové vrstvy. K charakterizaci materiálu budou využity různé mikroskopické metody, rentgenová difrakce a další metody.
Ph.D. práce se bude zabývat výrobou nanovláken obvazových rohoží na bázi bionankompozitních materiálů (hyaluronan, chitin / chitosan fibril atd.) technikou elektrostatického zvlákňování. Hlavním cílem bude prozkoumat optimální podmínky pro syntézu nanokompozitů s různými bioaktivními nanočásticemi a výrobními nanovlákny, které z nich obsahují obvazové rohože. Vybrané nanokompozitní obvazové rohože budou varlata a použijí se jako nový obvaz na rány pro kožní hojení ran. For more details please contact the supervisor.
The study will be aimed at design, fabrication, and characterization of resonant plasmonic nano- and micro-structures (“diabolo” antennas, split ring resonators, etc.) providing a significant local enhancement of magnetic components of electromagnetic fields. The structures with resonant properties particularly in the IR and THz will be studied, with respect to their potential applications in relevant spectroscopic methods.
Doktorská práce se bude zabývat především výzkumem a vývojem nových analytických přístupů v oblasti hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů (Secondary ion mass spectrometry – SIMS) a elektronové mikroskopie pro studium nanostruktur a jejich schopnosti moderovat katalytické reakce (CO oxidace, CO2 hydrogenace a podobně). Práce bude zaměřena na vývoj nových experimentálních postupů schopných monitorovat složení povrhu a nanostruktur při reakcích v reálním čase.
Školitel: Bábor Petr, Ing., Ph.D.
Předmětem výzkumu v navrhovaném projektu je zkoumání vlivu strukturních parametrů na lomové chování kompozitních materiálů s polymerní matricí na bázi recyklovaného PE/PP. Cílem projektu je nalezení vzájemných souvislostí mezi složením kompozitů s kompatibilizovanou PE/PP matricí, pevností mezipovrchové adheze mezi matricí a skleněnými, čedičovými, lněnými vlákny a grafenoidy a mechanismy porušování při statickém i dynamickém namáhání. Výsledkem řešení projektu budou poznatky, které umožní optimalizaci složení materiálu s ohledem na mezní stavy vybraných aplikací a rozšíří možnosti pro aplikaci materiálů na bázi recyklovaných plastů do náročnějších oblastí s vyšší přidanou hodnotou.
Diagnostická zařízení umožňující rychlou a snadnou diagnostiku nežádoucích stavů s využitím žádné nebo minimální instrumentace nebo zařízení denní potřeby (mobilní telefon, kancelářský skener. aj.) představují směr bioanalytické chemie orientovaný na praktické společenské využití s široký dopadem. V rámci této práce bude navrženo, sestrojeno, optimalizováno a aplikováno diagnostické zařízení pro orientační stanovení vybraných klíčových diagnostických markerů. Hlavní pozornost bude zaměřena na využití jednoduchých a dostupných nástrojů jako pro výrobu daného zařízení (např. waxprinting, molecular imprinting) ve spojení s vizuální detekcí změny barevného nebo fluorescenčního signálu. Detekce signálu pouhým okem nebo pomocí mobilního telefonu umožní uplatnění vyvinutého diagnostického zařízení jak v lékařských zařízeních přímo u lůžka pacienta nebo dokonce v domácích podmínkách.
Due to their simplicity and rapid response, electrochemical biosensors offer a straightforward platform for clinical application, particularly for preliminary tests. Bearing in mind that the outbreak of pandemic diseases caused by virus is a real danger to human society developing a method for early diagnosis of viral infection is of great importance. The key element in a biosensor is the biosensor which is specifically interact with the target of interest. Various kinds of bioreceptors including antigen, antibody, aptamers, peptides have been used in developing biosensors. Integration of the electrochemical substrate with a selective bioreceptor provides a straightforward platform for early diagnosis of diseases biomarkers in clinical analysis. The electrochemical techniques such as impedance spectroscopy, amperometry and potentiometry are used bio sensing platform. Moreover, the miniaturization of the electrochemical platform can be realized by using screen printed electrodes. Even though electrochemical biosensor is sensitive to improve the sensitivity a separation step can be designed where the magnetic particles are functionalized with a receptor that selectively binds to the target of interest. The separation can be easily carried out by using a simple magnet. The proposed platform can be used for rapid preliminary test of viral infection either in clinical analysis or by the end user.
Řezání je důležitým procesem ve výrobním průmyslu. Jde o proces obrábění, kde je řezací nástroj použit k odstranění materiálu z obrobku posouvající deformací za účelem vytvoření specifického designu. Řezací nástroj může být jednobodový, jako tomu je například u soustružení, tvarování, či hoblování, nebo vícebodový, jako tomu je například u frézování. Pro výrobu těchto řezacích nástrojů lze použít různých materiálů, pokud splňují příslušné předpoklady. Mezi tyto materiály patří mimo jiné i vysokorychlostní ocel, diamant, nebo slinutý karbid wolframu. Tato studie se zaměřuje na vývoj, charakterizaci a hodnocení optimálně navržených nanokompositních PVD povlaků. Následující specifické cíle musí být splněny: 1. Vývoj různých typů nanokompositních PVD povlaků založených na složení jednotlivých materiálů a tloušťce povlaku. 2. Charakterizace vyvinutých nanokompositních PVD povlaků. 3. Studie výkonosti podle různých vypovídajících mikromechanických vlastností jako například tvrdost.
Materiály, které jsou schopny akumulovat a transformovat mechanickou a světelnou solární energii na jiné formy energie se s výhodou využívají také k odstraňování chemického a biologického znečištění životního prostředí. Práce bude proto zaměřena na vývoj a studium materiálů pro efektivní odstraňování škodlivých látek pomocí piezokatalytických a fotokatalytických procesů. Student bude vyvíjet metody pro přípravu keramických a hybridních struktur ve formě částic, vláken, vrstev i objemových těles a bude provádět jejich hodnocení z hlediska efektivity a využitelnosti v zamýšlených aplikacích.
Hmotnostní spektrometrie představuje jednu z klíčových metod pro identifikaci a strukturální chrakterizaci nových biomarkerů. Cílem předkládaného projektu je vyvinout nové complexní přístupy založené na kombinaci chromarograficky separačních metod spojených s různými hmotnostně spektrometrickými technikami. Široká platforma, která bude využívat plynovou chromatografii pro detekci těkavých biomarkerů (GC-MS, GCxGC-MS), spolu se zobrazovacími technikami pro identifikaci lipidů a proteinů (DESI-MS, MALDI-MS) a konvenční HPLC-MS analýzy, zajistí komplexní chracterizaci nových biomarkerů, které budou dale využity v klinické praxi pro včasnou diagnostiku patologických procesů, jakými jsou imunologické disfunkce, carcinogenese či neurodegenerativní onemocnění. Plánovaným výstupem projektu je setrojení vzorkovacího zařízení, které bude snímat biomarkery z dechu přímo u lůžka pacienta a bude podávat on-line informaci o jeho stavu zdravotnickému personálu.
V poslední době získává energy harvesting založený na piezoelektrické keramice velkou pozornost jako zdroj elektrické energie pro nízkoenergetickou elektroniku. Vzhledem k environmentálním aspektům musí být běžně dostupné piezokeramické generátory na bázi PZT (Pb-Zr-Ti-O) nahrazeny bezolovnatými materiály. BCZT (Ba-Ca-Zr-Ti-O) a BT (BiFeO3) jsou velmi nadějné piezoelektrické keramické materiály pro tuto aplikaci. Práce bude proto zaměřena na vývoj a studium těchto bezolovnatých materiálů a jejich řízené dopování za účelem efektivního sběru elektrické energie. Student bude vyvíjet postupy pro přípravu piezokeramických a kompozitních piezokeramických pásek pro energy harversting a hodnotit účinnost těchto nových materiálů v experimentálních zařízeních. Během studia je plánována stáž na univerzitě v Oulu.
Zavedení pulsních technik pro nukleární magnetické rezonaci (NMR) vedlo ke značnému zvýšení citlivosti, což rozšířilo aplikační možnosti této metody. Jeden z příkladů je zobrazování pomocí magnetické rezonance (MRI) v lékařství, dnes již nenahraditelná neinvazivní technika pro diagnózu různých nemocí a jejich stádií. Dalším zvýšením citlivosti je možné zlepšit rozlišení a pořizovací čas MRI obrazů, učinit tuto metodu levnější a tedy i přístupnější. Cesta vedoucí k tomuto dalšímu krokovému zvýšení citlivosti vede přes tzv. dynamickou nukleární polarizaci (DNP). Tato metoda využívá řádově větší polarizace spinů elektronů, jež je přenesena na spin jádra pomocí hyperpolarizačních procesů. Využití tohoto přístupu již vedlo ke zvýšení citlivosti v řádu stonásobků původních hodnot. Hlavním cílem tohoto projektu je tedy dále zvýšit účinnosti NMR za využití DNP a sestává ze dvou částí. Prvním úkolem bude spárovat stávající 500 MHz NMR řídicí jednotku s naším 16 T supravodivým magnetem pro měření pevných látek. PhD student pro splnění tohoto cíle navrhne a otestuje držák vzorků. Druhá část bude zaměřena na experimenty DNP a zvýšení účinnosti hyperpolarizačních procesů.
Výzkum a vývoj v oblastech přípravy a charakterizace magneto-iontových a heterostrukturních multiferoických materiálů založených na bázi vícevrstvých systémů kov/oxid: (a) Ni/HfO2 pro magneto-iontové systémy a (b) Ni/BaTiO3 pro systémy umělých heterostrukturních multiferoik. Vlastní práce se bude zabývat optimalizací podmínek depozice bezporézních tenkých vrstev na bázi Ni/HfO2 a Ni/BaTiO3 metodou magnetronového naprašování; identifikací vlivu geometrie a tloušťky tenkých vrstev na magneto-elektrické vlastnosti; strukturní a fázovou analýzou vyvíjených systémů s cílem dosažení stabilních napěťově-kontrolovatelných efektů v budoucích magnetických zařízeních.
Současný rozvoj nositelných technologií vedle analytických metod pro stanovení metabolitů jako markerů civilizačních nemocí vyžaduje studovat možnosti spojení obou směrů a hledat neinvazivní metody pro nové technologie využitelné v personální medicíně, a to buďto přímo nositelné na těle nebo v podobě malých mobilních laboratoří, které se svou přesností přiblíží těm laboratorním i bez nutnosti odborné obsluhy. Práce bude vyžadovat rešerši míry souladu markerů v krvi a tělních tekutinách, či na periferii těla (podkoží), diskutovat rozpracovanost takových technik, vlivy na přesnost i selektivitu a navrhnout vhodnou kvantitativní případně i kvalitativní metodu analýzy. Navrhované jsou především analýzy markerů v oblasti kardiovaskulárních, respiratorních nemocí, stresových hormonů a diabetes.
Školitel: Hubálek Jaromír, prof. Ing., Ph.D.
Magnetismus v látkách je způsoben existencí nespárovaných spinů elektronů a interakcí mezi nimi v různých materiálech od oxidů kovů po molekulární systémy. Kolektivní chování spinů, také známé jako kvantové provázání spinů je v současnosti velmi zkoumané téma díky jejich aplikacím v komunikačních a výpočetních technologiích. Elektronová spinová rezonance (ESR) je klíčová metoda, která umožňuje zkoumání spinových stavů a interakcí mezi spiny. ESR bylo aplikováno na monomerní a dimerní spinové systémy pro identifikaci kvantových přechodů mezi provázanými fázemi pomocí změny parametrů jako je teplota nebo orientace externího magnetického pole. Cíl tohoto projektu je identifikace vhodných materiálů jakožto spinových dimerů molekulární povahy a aplikace ESR spektroskopie na studium přechodů kvantových fází za vysokých frekvencí (až do 1 THz) a vysokých magnetických polí (až do 16 T).
Metoda rozptylu nízkoenergiových iontů (LEIS) je hojně používána při studiu složení povrchů pevných látek. Unikátní povrchová citlivost metody slouží pro prvkovou analýzu nejsvrchnější atomové vrstvy zkoumaného materiálu. Topologické izolátory jsou materiály, kde tenká povrchová vrstva vykazuje dobrou vodivost ve dvou směrech paralelních s povrchem, zatímco objem matriálu zůstává nevodivý. Tyto materiálu mají značný potenciál ve spintronice a součástkách pro kvantové výpočetní systémy. Povrchová terminace tedy hraje kritickou roli v definici vlastností topologických izolátorů a může být efektivně studována pomocí metody LEIS v kombinaci s dalšími analytickými a zobrazovacími metodami, jako jsou XPS, SIMS, SEM, AFM and STM. Unikátní LEIS spektrometr (Qtac100, ION-TOF GmbH) je k dispozici v laboratoři pokročilých mikro a nanotechnologií na CEITEC VUT. Je napojen přímo na komplexní aparaturu pro depozici tenkých vrstev a modifikaci povrchů.
Cílem doktorského studia je popsat mechanismus vzdáleného dopování grafenu elektronovým svazkem, roli defektů v dielektrické vrstvě a vyvinout model popisující kinetiku procesu. (Plná anotace je k dispozici v anglické verzi)
Pomocí ultrazvukového zatěžovacího stroje je možné dosáhnout miliardy zátěžných cyklů v relativně krátkém čase. Tak dochází ke vzniku trhlin i při zatíženích pod konvenční mezí kluzu. Proces vzniku a šíření trhliny v této oblasti bude v rámci studia zkoumán experimentálně i teoreticky mj. s použitím ultrazvukového zatěžovacího stroje, elektronové mikroskopie a interferometrického měření průběhu deformaci zkoušeného vzorku.
Ultra Fast TEM (U-TEM) umožňuje sledovat dynamické jevy jako jsou fázové změny, tání/krystalizaci materiálů s časovým rozlišení v ns až ps. Dále je pomocí stroboskopického osvětlení (další mod U-TEM) pozorovat vzorky citlivé na expozici elektronovým svazkem. Současné U-TEM mikroskopy používají fotoemisní zdroje či kombinaci standardních zdrojů s velmi rychlými deflektory (RF cavity, …). Nanostrukturní materiály se jeví jako velmi perspektivní pro výrobu elektronových zdrojů U-TEM. Například GaN materiály jsou díky své značné chemické a tepelné odolnosti a nízké hodnotě spínacího napětí 1.25 V/m a vysoké proudové hustotě slibným kandidátem pro tyto účely. Vlastnosti katody do značné míry závisí na formě a tvaru nanostruktur jako jsou například nanotrubky, nanosloupečky a nanokrystaly.
Školitel: Zlámal Jakub, Ing., Ph.D.
Práce se bude soustředit na přípravu a charakterizaci 2D materiálů se pro elektrolýzu znečištěných vod za účelem jejich purifikace.
Suprakondenzátory patří k nejperspektivnějším technologiím ukládání energie, neboť nabízejí výjimečné vlastnosti, jako např. ultravysokou hustotu ukládané energie a velmi dlouhou životnost. PhD studium se bude věnovat výzkumu hybridních struktur 2D materiálů založených na tzv. „MXenes“ a černém fosforu (BP) a vhodných pro vysoce výkonné elektrody superkondenzátorů. Zaměří se na (i) komplexní charakterizaci těchto 2D hybridních struktur až do atomární úrovně, což poskytne fundamentální informaci o interakci mezi složkami těchto struktur, a dále na (ii) in situ studium chemické stability a růstových mechanismů těchto materiálů. Ve studium budou použity nejmodernější charakterizační metody nacházející se ve výzkumné infrastruktuře CEITEC Nano, jako např. nízkoenergiová elektronová mikroskopie (LEEM), UHV STM/AFM, rtg. fotoelektronová spektrockopie (XPS), spektroskopie rozptylu nízkoenergiových iontů (LEIS), rastrovací Augerova mikroskopie(SAM), FT-IR spektroskopie a (rastrovací) transmisní elektronová mikroskopie s vysokým rozlišením (HR (S)TEM). Bude rozvíjena spolupráce s Technickou univerzitou v Drážďanech, která bude zabepečovat syntézu vzorků.
Dizertační práce se bude zabývat vývojem 3D epitaxního tisku využívajícího kapek eutektických kapalin, jimiž je pohybováno pomocí elektronového svazku (elektronové pinzety) v mikroskopu UHV-SEM, vyvinutém ve spolupráci s firmou TESCAN. Během pohybu je kapka obsahující zlato sycena atomy germania (křemíku), to má za následek epitaxní depozici polovodiče v místech výskytu kapky. Pohyb kapky a tedy i místa „tisku“ polovodiče je tak možno programově řídit. Součásti práce bude optimalizace tohoto procesu včetně jeho sledování v reálném čase pomocí UHV-SEM mikroskopu.
Práce se bude zabývat přípravou složitých keramických dílů s vnitřní strukturou pomocí metody LCM (Lithography-based Ceramic Manufacturing). Výzkum bude zaměřen na přípravu vhodných keramických suspenzí a korelaci technologických podmínek metody LCM s výslednou strukturou a vlastnostmi finálních keramických dílů. Výzkum bude směřován na medicínské aplikace. U keramických podpůrných struktur pro regeneraci kostní tkáně (angl. „bioscaffolds“) připravených z fosforečnanů vápenatých bude optimalizována vnitřní struktura s ohledem na modifikaci pevné keramické struktury anorganickými i organickými polymery.
Práce se bude soustředit na vývoj sensorů které jsou možné vytisknout moderní technologií 3D tisku a aplikovat pro detekci polutantů v životním prostředí.
Práce se bude soustředit na vývoj superkapacitorů pro elektrochické uchovávání energie které jsou možné vytisknout moderní technologií 3D tisku.
3D tisk pro přípravu katalyzátorů pro vývoj vodíku. Kandidát získá zkušenost s 3D tiskem, různými technologiemi 3D tisku, a přípravě elektrolyzérů pro vývoj vodíku s vysokou účinností
Použití 3D tisku pro přípravu baterií. Kandidát získá zkušenost s 3D tiskem, různými technologiemi 3D tisku, a přípravě baterií s vysokou účinností
Použití 3D tisku pro přípravu superkapacitorů. Kandidát získá zkušenost s 3D tiskem, různými technologiemi 3D tisku, a přípravě superlkapacitorů s vysokou účinností