studijní program

Chemie, technologie a vlastnosti materiálů

Fakulta: FCHZkratka: DKCP_CHM_4_NAk. rok: 2022/2023

Typ studijního programu: doktorský

Kód studijního programu: P0531D130049

Udělovaný akademický titul: Ph.D.

Jazyk výuky: čeština

Akreditace: 30.4.2020 - 30.4.2030

Forma studia

Kombinované studium

Standardní doba studia

4 roky

Garant programu

Oborová rada

Oblasti vzdělávání

Oblast Téma Podíl [%]
Chemie Bez tematického okruhu 100

Cíle studia

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

Profil absolventa

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

Charakteristika profesí

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

Podmínky splnění

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

Vytváření studijních plánů

Pravidla a podmínky vytváření individuálních studijních plánů jsou stanoveny Studijním a zkušebním řádem VUT, čl. 32 a blíže specifikovány odpovídající směrnicí fakulty. Oba tyto předpisy podrobně rozvádějí dále stručně uvedené pravidla a podmínky pro tvorbu studijních plánů.
Při nástupu do studia je stanoveno obsahové zaměření studia a související tvůrčí činnosti, určeny minimálně tři studijní předměty, které je student povinen absolvovat (povinným předmětem pro všechny studenty je předmět Fyzika a chemie materiálů), související činnosti (zahraniční případně i domácí stáže, účast na konferencích) a pedagogická praxe. Zároveň je určen časový plán všech aktivit pro první ročník s výhledem na další roky studia. Plnění individuálního studijního plánu je každoročně vyhodnocováno a aktualizováno studentem a školitelem, následně je projednán oborovou radou, která jej schvaluje.
Během prvních pěti semestrů skládá doktorand zkoušky z povinného a povinně volitelných předmětů a intenzivně se zabývá studiem a analýzou poznatků v oboru stanoveném tématem disertační práce a jejich publikováním. Nejpozději do konce třetího roku studia skládá doktorand státní doktorskou zkoušku, jíž prokazuje široký rozhled a hluboké znalosti v oboru, souvisejícím s tématem disertační práce. Ve třetím a čtvrtém ročníku svého studia pokračuje doktorand ve výzkumné činnosti, publikuje dosažené cíle a zpracovává svoji disertační práci. Doktorandi ve čtvrtém roku studia předkládají do konce zimního zkouškového období svému školiteli rozpracovanou disertační práci. Hotovou disertační práci doktorand odevzdá do konce 4. ročníku studia. Součástí dizertační práce jsou výsledky publikované v mezinárodních impaktovaných časopisech, přičemž minimálně u jedné publikace je student prvním autorem.
Student prezenční formy doktorského studia je v průběhu studia povinen absolvovat pedagogickou praxi, tj. působit v procesu výuky. Student vykonává pedagogickou praxi v rámci výuky praktických a výpočtových cvičení nebo asistence při této výuce, případně konzultací bakalářských a diplomových prací jakožto školitel specialista. V případě, že doktorand absolvuje kurz celoživotního vzdělání Pedagogické minimum na jiné VŠ nebo součásti VUT v Brně, je mu na základě předložení certifikátu o absolvování pedagogická praxe prominuta. Skladbu pedagogických aktivit (cvičení, laboratorní cvičení, vedení projektů apod.) určí doktorandovi ředitel příslušného ústavu po dohodě se školitelem. Součástí studijních povinností v doktorském studijním programu je absolvování části studia na zahraniční instituci nebo účast na mezinárodním tvůrčím projektu s výsledky publikovanými nebo prezentovanými v zahraničí nebo jiná forma přímé účasti studenta na mezinárodní spolupráci.

Dostupnost pro zdravotně postižené

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

Návaznost na další typy studijních programů

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

Vypsaná témata doktorského studijního programu

  1. Alternativní stavební pojiva vytvrzovaná řízenou karbonatací

    Výroba současných velkoobjemových stavebních materiálů je spojena s uvolňováním velkého množství oxidu uhličitého do atmosféry. Některé zejména prefabrikované stavební prvky je možné vyrábět na bázi alternativních pojiv využivajících sekundární průmyslové produkty, jako jsou například ocelárenské strusky. Vytvrzování těchto pojiv lze výrazně podpořit řízenou karbonatací, kdy tuhnutí a tvrdnutí probíhá v atmosféře s vysokým parciálním tlakem oxidu uhelnatého. Výsledkem je materiál s vysokými pevnostmi již po několika hodinách vytvrzování a se zápornou uhlíkovou stopu, neboť při jeho produkci se oxid uhličitý spotřebovává. Nejvýhodnější je tuto technologii zařadit jako utilizační krok technologického systému CCS (Carbon Capture and Storage). Tématem studia je vývoj pojivových systémů z taktovýchto alternativních surovin a studium jejich vytvrzování řízenou karbonatací.

    Školitel: Šoukal František, doc. Ing., Ph.D.

  2. Nové organické materiály pro aplikace v oblasti bioelektroniky

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

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

  3. Pokročilé materiály pro organické a hybridní solární články

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

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

  4. Příprava LDH vrstev na hořčíkových slitinách za účelem zvýšení jejich korozní odolnosti

    Na základě dostupné literatury bude v rámci dizertační práce využito poznatků pro přípravu vrstev na bázi LDH (podvojně vázaných hydroxidů). Úspěšně připravené vrstvy na hořčíkových substrátech budou analyzovány z hlediska mikrostruktury, složení a korozního chování. Tyto LDH vrstvy budou dále vhodně modifikovány a funkcionalizovány za účelem dalšího zlepšení korozních a elektrochemických vlastností.

    Školitel: Wasserbauer Jaromír, doc. Ing., Ph.D.

  5. Role alkalických křemičitanů v technologii anorganických pojiv

    V technologii anorganických pojiv i ve stavebnictví obecně jsou velmi populární různé formy rozpustných křemičitanů, zejména pak vodních skel. Ta se používají jednak jako velmi efektivní aktivátory pro alkalicky aktivované materiály, ale například také pro povrchové úpravy betonů jako tzv. sealery, a to zejména pro ošetření průmyslových podlah, kde se začínají prosazovat zejména lithná skla. V obou zmiňovaných aplikacích hraje zásadní roli reaktivita přítomných křemičitanů, kterou lze navíc ovlivňovat dalšími faktory, například organickými látkami. Tématem disertační práce proto je sledování rychlosti gelace modelových i reálných systémů, charakterizace vznikajících produktů instrumentálními technikami, ale také přesah těchto poznatků do zmiňovaných aplikací. U sealerů půjde zejména o interakce s cementovým podkladem, zatímco u alkalicky aktivovaných materiálů o raná stádia hydratace a porovnání chování při použití kapalných vodních skel i pevných křemičitanů, používaných jako součást alkalicky aktivovaných cementů, k nimž stačí jen přidat vodu.

    Školitel: Kalina Lukáš, doc. Ing., Ph.D.

  6. Role huminových a fulvinových kyselin při korozním procesu nízkouhlíkové oceli a galvanizované oceli

    Nízkouhlíková ocel a galvanizovaná ocel je konvenční materiál běžně využívaný pro různé aplikace. Ocelové komponenty mohou být umístěny ve vodě a v půdě, kde se nachází kromě anorganických iontů také organické molekuly, které mohou mít značný dopad na průběh koroze. Huminové a fulvinové kyseliny reprezentují nejvýznamnější složku přírodní organické hmoty, jejíž význam pro korozi není na rozdíl od anorganických iontů dostatečně objasněný. Během řešení projektu bude zkoumán vliv huminových a fulvinových kyselin na korozní odolnost a korozní produkty (složení, morfologie) nízkouhlíkové oceli a galvanizované oceli v prostředí aniontů (chloridy, sírany, dusičnany) a kationtů (vápník, magnesium) při různém pH. Cílem práce buse stanovit doposud nepopsaný vliv huminových a fulvinových kyselin na korozi nízkouhlíkové a galvanizované oceli a popsat mechanismus interakcí těchto organických látek s povrchem kovů a v roztoku. A také posoudit využití huminových a fulvinových kyselin jako korozních inhibitorů.

    Školitel: Wasserbauer Jaromír, doc. Ing., Ph.D.

  7. Screen-printed films for the electronics

    The work is pointed out towards study and application of the material printing techniques in the field of printed electronics, mainly touch-screens and/or organic and bioelectronic applications. Screen-printing technology will be in-dept studied – design of structures, projection on the screen by photolithograpy, the technology of the printed pastes, screen-printing of samples. The printed films will be characterized and estimated by mechanical, optical and electrical measurements.

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

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

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

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

  9. Studium optických vlastností tenkých vrstev perovskitů

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

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

  10. Studium vlastností biologicky odbouratelných barierových povlaků pro agrochemické aplikace

    Stávající legislativa zpřísňuje pohled na materiály používané pro agrochemické aplikace, požadavkem jsou plně biologicky odbouratelné slow-release systémy hnojiv a pesticidů. Jedním z mála kandidátů uznaných legislativou jako plně biodegradabilní polymery jsou polyhydroxyalkanoáty, které mají potenciál využití ve zmíněných aplikacích. Téma se zabývá studiem vlastností těchto materiálů a jejich derivátů s ohledem na požadované aplikace. Práce by měla dávat do souvislosti chemickou strukturu polymerů PHA, jejich kopolymerů a směsí a výsledné vlastnosti včetně jejich chování v životním prostředí.

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

Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

1. ročník, celoroční semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Pov.Uk.Hod. rozsahSk.Ot.
DCO_FCHMFyzika a chemie materiálůcs0Povinnýdrzkano
DC_EAPExperimentální a analytické techniky praktické organické syntézycs0Povinně volitelnýdrzkano
DCO_FPDFotoindukované procesy v molekulárních materiálechcs0Povinně volitelnýdrzkano
DC_CHIAChemické inženýrství pro materiálové aplikacecs0Povinně volitelnýzkano
DCO_KMKeramické materiálycs0Povinně volitelnýdrzkano
DCO_KOVKovové materiálycs0Povinně volitelnýdrzkano
DC_MIMModerní instrumentální metody pro materiálovou analýzucs0Povinně volitelnýdrzkano
DCO_MPMModerní přístupy v materiálových vědáchcs0Povinně volitelnýdrzkano
DCO_MMMolekulární materiálycs0Povinně volitelnýdrzkano
DCO_PMTPokročilé materiálové technologie a aplikacecs0Povinně volitelnýzkano
DCO_PTVPříprava a vlastnosti tenkých vrstev materiálůcs0Povinně volitelnýdrzkano
DC_SMMSyntetické metody přípravy organických materiálů pro organickou elektroniku a fotonikucs0Povinně volitelnýdrzkano
DCO_VSDVyužívání sekundárních surovincs0Povinně volitelnýdrzkano