studijní program

Chemistry, Technology and Properties of Materials

Fakulta: FCHZkratka: DPAP_CHM_4_NAk. rok: 2022/2023

Typ studijního programu: doktorský

Kód studijního programu: P0531D130050

Udělovaný akademický titul: Ph.D.

Jazyk výuky: angličtina

Poplatek za studium: 4000 EUR/ročně pro studenty z EU, 4000 EUR/ročně pro studenty mimo EU

Akreditace: 30.4.2020 - 30.4.2030

Forma studia

Prezenční studium

Standardní doba studia

4 roky

Garant programu

Oborová rada

Oblasti vzdělávání

Oblast Téma Podíl [%]
Chemie Bez tematického okruhu 100

Cíle studia

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

Profil absolventa

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

Charakteristika profesí

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

Podmínky splnění

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

Vytváření studijních plánů

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

Dostupnost pro zdravotně postižené

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

Návaznost na další typy studijních programů

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

Vypsaná témata doktorského studijního programu

  1. Advanced materials for organic and hybrid solar cells

    The work will deal with the preparation and characterization of materials - organic semiconductors, which are perspective for use in the field of organic and hybrid photovoltaics. Organic solar cells will be prepared and characterized by methods of material printing and other methods and their properties will be studied. Attention will be focused on characterization of optical and electrical properties of materials and solar cells. The aim is to optimize the properties of solar cells with respect to their specific application possibilities. It is expected that the PhD student will be involved in an international research project focusing on organic photovoltaics.

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

  2. Alternative construction binders cured by controlled carbonation

    The production of current high-volume building materials is associated with the release of large amounts of carbon dioxide into the atmosphere. Some, in particular, prefabricated building elements can be produced on the basis of alternative binders using secondary industrial products, such as steel slag. Curing of these binders can be significantly supported by controlled carbonation, where solidification and hardening takes place in an atmosphere with a high partial pressure of carbon monoxide. The result is a material with high strengths after only a few hours of curing and with a negative carbon footprint, because carbon dioxide is consumed in its production. It is most advantageous to include this technology as a utilization step of the CCS (Carbon Capture and Storage) technological system. The topic of the study is the development of binder systems from tactile alternative raw materials and the study of their curing by controlled carbonation.

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

  3. Corrosion of low carbon steel and galvanized steel: the role of humic and fulvic acids

    Low carbon and galvanized steel are a conventional material that is commonly used for various applications. Steel components can be located in water and soil, where, besides inorganic species, there are also organic molecules that can have a significant impact on the corrosion process. The role of humic and fulvic acids (the most important fraction of natural organic matter) in the corrosion process is insufficiently elucidated unlike inorganic species. The effect of humic and fulvic acids on corrosion resistance and corrosion products (composition, morphology) of low carbon and galvanized steel in the environment of inorganic ions at various pH will be investigated. Attention will be paid to the interactions of organic molecules with the metal surface and in the solution. The aim of the work will be to determine the effect of humic and fulvic acids on the corrosion of low carbon and galvanized steel and to describe the mechanism of interactions with the metal surface and in solution. The use of humic and fulvic acids as green corrosion inhibitors will also be assessed.

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

  4. Novel organic materials for applications in bioelectronics

    The work will deal with preparation and characterization of new organic materials, which are prospective for use in bioelectronics. Attention will be focused primarily on the characterization of the optical and electrical properties of materials prepared in the form of thin films. The possibilities of using materials in thin-film sensory systems to stimulate cells and study their response will be studied.

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

  5. Preparation of LDH layers on magnesium alloys to increase their corrosion resistance

    Based on the available literature, the dissertation thesis will use the knowledge for the preparation of LDH-based (Layered Double Hydroxide) layers. Successfully prepared layers on magnesium substrates will be analysed in terms of the microstructure, composition and corrosion behaviour. These LDH layers will be further suitably modified and functionalized to improve their corrosion and electrochemical properties.

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

  6. Role of alkali silicates in the technology of inorganic binders

    Various forms of soluble alkali silicates, especially water glasses, are very popular in inorganic binder technology in general. They are used both as very effective activators for alkali-activated materials, but also, for example, for the surface treatment of concrete as so-called sealers, especially for the treatment of industrial floors, where lithium silicates are beginning to gain ground in particular. In both applications, the reactivity of the silicates present plays a key role, which can also be influenced by other factors, such as organic substances. The topic of the doctoral thesis is therefore to monitor the gelation rate of model and real systems, the characterization of created products by instrumental techniques as well as the overlap of this knowledge into the mentioned applications. Sealers are mainly about interactions with the cementitious substrate, while in the case of alkali activated materials the crucial things will be the monitoring of the early stages of hydration and comparison of the behavior of both liquid water glasses and solid silicates used for one-part activated cements, to which water is only required.

    Školitel: Kalina Lukáš, 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. Study of biodegradable barrier coatings properties for agrochemical applications

    The current legislation tightens the view of materials used for agrochemical applications, the requirement is fully biodegradable slow-release systems of fertilizers and pesticides. One of the few candidates recognized by the legislation as fully biodegradable polymers are polyhydroxyalkanoates, which have the potential for use in these applications. The topic deals with the study of the properties of these materials and their derivatives with respect to the required applications. The work should relate the chemical structure of PHA polymers, their copolymers and mixtures and the resulting properties, including their behavior in the environment.

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

  9. Study of electric and dielectrical properties of materials of photovoltaic cells

    The work will be focused on the study of dielectric properties (complex permittivity) of materials used for the photovoltaic cells. To study methods will be used impedance spectroscopy and DC measurements

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

  10. Study of optical phenomena on thin-film structure whith perovskites layers

    Work will be focused on the study of surface properties of thin films used in the preparation of thin film structures with layers of perovskites

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

  11. Vývoj technik pro rychlé hodnocení kvality a vlastností půdy

    Termogravimetrie se jeví jako slibná technika pro rychlé hodnocení vlastností půdy a ukázala potenciál nahradit současné metody. Tyto techniky jsou často nákladné a vyžadují dlouhý experimentální čas, zatímco termogravimetrické experimenty vyžadují několik hodin. Tato práce si klade za cíl hledat nové vztahy mezi termooxidační stabilitou půdy stanovenou pomocí termogravimetrie a chemickými vlastnostmi půdy (pH, obsah biogenních prvků včetně P, S a různých forem N, kovů včetně Al a Fe), fyzikálními vlastnostmi (textura a objemová hustota) a biologické ukazatele (mikrobiální biomasa, potenciálně mineralizovatelný N, obsah glomalinu a fosfolipidů a mikrobiální emise oxidu uhličitého a oxidu dusného). Tyto vlastnosti jsou známé jako indikátory kvality půdy. Nalezené korelace budou proto použity k vytvoření komplexního indexu kvality půdy a modelů pro predikci stability půdního organického uhlíku.

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

Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

1. ročník, celoroční semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Pov.Uk.Hod. rozsahSk.Ot.
DA_FCHMPhysics and Chemistry of Materialsen0Povinnýdrzkano
DA_PMTAdvanced Materials Technologies and Applicationsen0Povinně volitelnýdrzkano
DA_KOVAdvanced Metallic Materialsen0Povinně volitelnýdrzkano
DA_KMCeramic Materialsen0Povinně volitelnýdrzkano
DA_EAPExperimental and Analytical Techniques of Practical Organic Synthesisen0Povinně volitelnýzkano
DA_CHIAChemical Engineering for Material Applicationsen0Povinně volitelnýzkano
DA_MPMMaterials Science-Fundamentals and Advancesen0Povinně volitelnýdrzkano
DA_MIMModern Instrumental Methods for Material Analysisen0Povinně volitelnýzkano
DA_MMMolecular Materialsen0Povinně volitelnýdrzkano
DA_FPDPhotoinduced Processes in Molecular Materialsen0Povinně volitelnýdrzkano
DA_PTVPreparation and Properties of Thin Layers of Materialsen0Povinně volitelnýdrzkano