Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
studijní program
Fakulta: CEITEC VUTZkratka: CEITEC-AMN-CZ-KAk. rok: 2022/2023
Typ studijního programu: doktorský
Kód studijního programu: P0588D110002
Udělovaný titul: Ph.D.
Jazyk výuky: čeština
Akreditace: 26.4.2021 - 26.4.2031
Forma studia
Kombinované 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.
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.
Toto doktorské téma se zabývá vytlačováním materiálu a polymerací kádě pro aditivní výrobu titanových porézních struktur s aplikacemi, jako jsou lešení pro tkáňové inženýrství, kostní implantáty a katalytické podpory. Výzkum zahrnuje vývoj nových titanových přípravků pro použití v aditivní výrobě, optimalizaci topologie, slinování a charakterizaci mechanického, chemického a biologického výkonu. Během studia bude mít uchazeč příležitost učit se a pracovat od syntézy až po charakterizaci materiálů. Vysoce motivovaní a spolupracující kandidáti s vynikajícími výsledky a ambicí učit se jak z materiálů, tak z biologických věd jsou vítáni k podání přihlášky.
Školitel: Montufar Jimenez Edgar Benjamin, M.Sc., Ph.D.
Výrobní průmysl se vždy snaží vylepšit techniky ke snížení nákladů, energie a rozšíření svých schopností. Aditivní výroba (AM) rychle roste a přináší nové možnosti pro rozšíření výrobní kapacity. Na druhé straně, tradiční výroba se odkazuje na dlouhodobě zavedené výrobní metody, zajištěnou kvalitu a implementovanou v komerčním prostoru. Schopnosti AM již v mnoha případech nahrazuje zavedené tradiční výrobní postupy. Tato práce se zabývá implementací AM do oblastí rentgenové počítačové tomografie, která se zabývá vývojem speciálních držáků vzorků, in-situ nástrojů a referenčních objektů pro metrologii. To vše vyžaduje lehké, tuhé a speciálně tvarované díly, které AM dokáže vytvořit. Navíc je třeba vzít v úvahu absorpční vlastnosti materiálu a stabilitu mechanických vlastností v rentgenovém záření.
Školitel: Kaiser Jozef, prof. Ing., Ph.D.
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
Téma se zaměřuje na optimalizaci kvantitativní analýzy chování buněk s vysokou přesností pro měření reakcí buněk na experimentální léčbu s aplikacemi ve výzkumu rakoviny. Téma zahrnuje buněčnou kulturu, přípravu vzorků pro mikroskopii, časosběrnou akvizici, zpracování obrazu, analýzu dat a interpretaci. Požadavky: znalost základů optiky, buněčné biologie, mikroskopie, programování, schopnost pracovat samostatně i v týmu a vysoká motivace.
Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.
Rozptylové vlastnosti kovových a polovodičových/dielektrických nanostruktur s vysokým indexem lomu tvoří základ současných optických metapovrchů. Tyto vlastnosti jsou založeny na plasmonických nebo Mieho rezonancích (daných zejména geometrickými rozměry elementů metapovrchů), jež umožňují silnou interakci a přímé řízení fáze a amplitudy rozptýleného záření. Optická odezva takových nanostruktur má zpravidla jednoduchou lineární podobu a je obtížně měnitelná externími stimuly. V důsledku toho je možné použít pro predikci a optimalizaci jejich funkce standardní programy řešící Maxwellovy rovnice. Naproti tomu, 2D materiály tvořené atomárně tenkými vrstvami svázanými van der Waalsovými (vdW) silami vykazují velkou paletu kvantových, kolektivních, topologických, nelineárních a ultrarychlých odezev. Tyto materiály tak otevírají nové možnosti v oblasti metapovrchů. PhD téma se zaměřuje na výzkum a aplikaci fyzikálních principů dotýkajících se styčné oblasti metapovrchů a vdW materiálů. Jako výchozí bod se zaměří na otázku modifikace vlastností 2D vdW materiálů (např. TMDCs) pomocí jejich strukturování s rozměry pod vlnovými délkami pro vytvoření atomárně tenkých metapovrchů. Následně bude zkoumat možnosti dynamického formování svazků pomocí optických prvků založených na 2D metapovrších a umožňujících nové funkční vlastnosti, které nelze dosáhnout objemovými optickými prvky nebo „klasickými“ plazmonickými nebo dielektrickými metapovrchy. References: [1] J. van de Groep et al., Exciton resonance tuning of an atomically thin lens, Nature Photonics 14, 426–430 (2020).
Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.
Elektrická stimulace je základním nástrojem pro neurovědecký výzkum. Zavedená metody spoléhá na pulzní elektrická pole působící na napěťově řízené iontové kanály. Tento projekt bude zkoumat zcela odlišný způsob modulace funkce kanálu a neuronální excitability: elektrochemii. Cílem výzkumu jsou neurony dorzálních kořenových ganglií (DRG). Cílem je použít stejnosměrný proud k řízení redukce kyslíku, což vede k lokalizované produkci peroxidu vodíku, a tím ke spouštění reakcí v iontových kanálech. Testování tohoto konceptu vyžaduje spojení biofyziky, elektronického inženýrství a výzkumu bolesti. Zaměříme se na dva typy kanálů citlivých na peroxid, jeden pro stimulaci nervové aktivity a druhý pro její downregulaci: vaniloidní kanály TRPV; a napěťově řízené draslíkové kanály. Budeme zkoumat možnost aktivace pomocí kultivovaných buněk, disociovaných DRG neuronů a in vivo. Projekt zahrnuje výrobu mikroelektrodových systémů pro lokální výrobu peroxidu. Hypotéza je, že elektricky řízené lokální dávkování peroxidu může blokovat přenos bolesti a může poskytnout nový způsob léčby chronické bolesti.
Školitel: Glowacki Eric Daniel, doc., 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.
Práce bude zaměřena na výzkum biodegradovatelných polymerních materiálů na bázi termoplastického škrobu (TPS), polymerních směsí s TPS a kompozitů TPS vyztužených levnými přírodními materiály vznikajícími v potravinářském průmyslu jako vedlejší produkty. Cílem bude najít vhodné složení termoplastický škrob/biodegradabilní matrice a plnivo z hlediska mechanických vlastností, zpracovatelnosti, biodegradovatelnosti, voděodolnosti apod. Charakterizace reologických vlastností různě modifikovaných polymerních směsí by měla umožnit optimalizaci materiálových vlastností pro vybrané zpracovatelské technologie a otestování materiálu pro využití v jednorázových aplikacích dle aktuální legislativy v ČR a EU.
Školitel: Kučera František, Mgr., 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].
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.
Nanočástice jsou v současnosti vyráběny v nepřeberném množství velikostí, tvarů a samotného složení, kdy jejich vlastnosti jsou specificky navrženy pro účely jednotlivých aplikací (např. specifické značky proteinů ve výzkumu rakoviny). Jejich nadprodukce je však spojena s vedlejším efektem, kdy se nepřímo dostávají do životního prostředí a mohou tak neblaze působit na živé organismy. Táto práce si klade následující cíle pro detekci nanočástic i) v měkkých tkáních jako charakteristické nanometalické značky a ii) v tvrdých tkáních jako potenciálně toxické akumulanty. Tento širší záměr ve své podstatě povede na ověření možností metody LIBS pro multiplexování jako alternativy pro standartní fluorescenční techniky a také jako prostředek pro popis vlivu nanočástic na živé organismy.
Školitel: Pořízka Pavel, doc. Ing., Ph.D.
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.
Duálně-energiová počítačová tomografie je technika dříve primárně využívaná pouze na synchrotronových zařízeních. V poslední době je ale využívána v lékařských CT zařízeních a v současnosti je její potenciál testován i na laboratorních systémech s vysokým rozlišením. Tato technika využívá dvou energeticky rozdílných rentgenových spekter ke zkoumání a specifickému rozlišení jednotlivých tkání nebo materiálů dle jejich útlumových vlastností. Toto rozlišení je možné i pro materiály, které by nebylo možné oddělit v CT datech při využití standardního měření s jednou energií svazku. Výhodou metody duálně-energiové tomografie je možnost přesného oddělení a klasifikace různých materiálů. Navíc získané informace mohou být využity pro vytváření pseudo-monochromatických snímků, což vede k redukci tomografických artefaktů, např. tvrdnutí svazku. Cílem této práce bude použití a zkoumání možností této techniky na laboratorním CT zařízení se submikronovým rozlišením.
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: Bábor Petr, Ing., Ph.D.
Vázané stavy v kontinuu (BIC - bound states in the continuum) představují teoreticky zajímavý způsob lokalizace pole, který odporuje konvenční představě předpokládající energie vázaných stavů pouze vně kontinua volných stavů. BIC nabízejí řadu zajímavých aplikací; např. ve fotonice BIC umožňují výrazně snížit nežádoucí radiační ztráty nových citlivých nanostruktur [1,2]. Projekt bude zaměřen na teoretickou analýzu a fyzikální pochopení činnosti fotonických vlnovodných struktur umožňujících šíření zvoleného typu BIC. Předpokládá se návrh a následný systematický výzkum struktur, která by měly být vlnovodnou obdobou mřížky zkoumané v práci [3] a podporovat tzv. symetrií chráněný BIC. Budou provedeny simulace a potvrzena existence předpokládaného BIC. V návaznosti bude zkoumáno chování tohoto stavu a optimalizovány parametry struktur s cílem dosáhnout požadovaných vlastností. [1] K. Koshelev, A. Bogdanov, and Y. Kivshar, “Engineering with Bound States in the Continuum,” Opt. Photonics News, vol. 31, no. 1, p. 38, 2020 [2] S. I. Azzam and A. V. Kildishev, “Photonic Bound States in the Continuum: From Basics to Applications,” Adv. Opt. Mater., vol. 9, no. 1, pp. 16–24, 2021 [3] Y. Plotnik et al., “Experimental observation of optical bound states in the continuum,” Phys. Rev. Lett., vol. 107, no. 18, pp. 28–31, 2011
Školitel: Petráček Jiří, prof. RNDr., Dr.
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.
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.
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).
Školitel: Průša Stanislav, 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.
Vodní zdroje hrají v životě člověka důležitou roli, protože jsou pro člověka životně důležité a také potraviny rostlinného nebo živočišného původu vodu vyžadují. Proto je nezbytné průběžně monitorovat možnou kontaminaci vodních zdrojů pomocí in situ snímacích zařízení. Elektrochemické metody jsou velmi robustní pro kvalitativní a kvantitativní analýzu kapalin. Díky svým vlastnostem, jako je vysoká citlivost a cenová příznivost, nabízejí elektrochemické senzory slibné nástroje pro in-situ online monitorování kontaminantů vody. Máme ověřené elektrochemické metody pro detekci a kvantifikaci různých kontaminantů vody, jako jsou těžké kovy, fungicidy a pesticidy. Analýza prováděná v laboratořích je dnes rutinou a její přenos do autonomních systémů se zdá snadný. Vytvoření inteligentních systémů však vyžaduje komplexní přístup umožňující vzdálené monitorování, integraci funkcí elektrochemického snímání, řízení napájení, komunikaci, zpracování elektrochemického signálu, analýzu výsledků a jejich převod na koncentraci. Inteligentní systémové přístupy v systému založeném na analyzátoru musí splňovat dobrou citlivou analýzu, nízkou nepřesnost, chytré funkce a nízké náklady v jednom. Kromě toho by měl být systém schopen potvrdit, zda je získaná koncentrace konkrétní kontaminující látky v bezpečné úrovni. Pokud koncentrace kontaminantu překročí prahovou koncentraci, navržený inteligentní systém aktivuje varovný alarm, aby informoval, ty, kterých se to týká.
Školitel: Hubálek Jaromír, prof. Ing., Ph.D.
Kontrola růstu fází PVDF je komplexní úkol, který záleží na parametrech přípravy materiálu. Tato práce má za úkol popsat růst krystalických vazeb PVDF zapříčiněných vodíkovými vazbami. Substráty pro krystalizaci PVDF by měly být systematicky zpracovány, aby bylo možno předvést empirické závislosti krystalizace PVDF. Experimentální data by měla být podpořena kvantově chemickým modelováním.
Školitel: Sobola Dinara, doc. Mgr., Ph.D.
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.
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.
Kompozičně komplexní keramické materiály (CCCs) jsou druhem středně, či vysoce entropických keramik, které mohou být také nazývány jako multi-kompoziční kationtové keramiky (MPCCs). Typické složení těchto materiálů je založené na jednofázovém tuhém roztoku s nejméně třemi základními kationy (typicky v množství 5-35 %). Jedním z příkladů může být: (Hf1/3Zr1/3Ce1/3)1-x(Y1/2X1/2)xO2-δ, kde X je Yb, Ca a Gd a x= 0,4; 0.148 a 0.058. Od roku 2015 jsou ovšem známe už i příklady CCCs boridů, karbidů a silicidů. Tyto speciální keramiky jsou výjimečné právě svojí vysokou entropií, která má velký dopad na jejich mechanické, tepelné a ostatní vlastnosti. Cílem disertační práce bude nalezení vhodných kombinací jednotlivých prvků, příprava CCCs a vyhodnocení dosažených vlastností.
Školitel: Pouchlý Václav, doc. Ing., Ph.D., Ing.Paed.IGIP
Nadměrné používání farmaceutických produktů a průmyslových barviv je ekologický problém a důsledek jejich vstupu do životního prostředí v dnešní době vyvolává obavy po celém světě. V posledních letech jsou tyto materiály bez omezení průběžně vypouštěny do životního prostředí. Přestože jejich vstup do vodního prostředí může být nízký, jejich nepřetržitý přísun v důsledku kumulativního účinku lze považovat za potenciální riziko pro vodní ekosystémy a jejich mikroorganismy. Přítomnost těchto látek v životním prostředí vede k ekologické toxicitě a rozvoji patogenů rezistentních na antibiotika, které potenciálně ohrožují funkci ekosystému a lidské zdraví. Materiály z uhlíku jsou známé svou obrovskou adsorpční kapacitou díky své vysoké poréznosti a elektrostatické interakci s adsorbantem. Použití grafenoxidu je vysoce ceněno v adsorpčních procesech. Grafenoxid je považován za vhodný levný adsorbent díky snadné dostupnosti, možnosti výměny iontů a jedinečným fyzikálně-chemickým vlastnostem.
Školitel: Richtera Lukáš, doc. RNDr., Ph.D.
Nanotechnologie jsou běžně využívány pro vývoj ultracitlivé detekce biomarkerů na různých platformách včetně chromatických, elektrochemických, chemiluminiscenčních a fluorescenčních testů. Realizace rychlých biotestů je vysoce žádoucí zejména pro aplikace v zemědělství, monitorování životního prostředí a diagnostiku chorob. Úspěšná detekce biomarkeru závisí na účinnosti rozpoznání analytu a transdukce signálu. Nanozymy jsou nanomateriály, které mají vlastnosti podobné enzymům. Tyto umělé enzymy přitahují velkou pozornost v různých aplikacích. Přírodní enzymy jsou většinou složeny z proteinů vyrobených z aminokyselin a mohou být snadno denaturovány v důsledku podmínek prostředí, což vede k jejich deaktivaci. Kromě toho je jejich příprava, čištění a skladování poměrně obtížné, časově náročné a drahé. Nanozymy však mají výhody vysoké stability, stejně jako možnost syntézy ve velkém měřítku, nákladové efektivity, kontroly velikosti a tvaru, snadné přípravy a čištění.
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.
Vlastnosti multifunkčních magnetických materiálů úzce souvisejí s jemnou interakcí různých parametrů uspořádání. Cílem dizertační práce je kombinovat techniky elektronové difrakce s různou hloubkovou citlivostí a zkoumat tak vztah mezi strukturním a magnetickým uspořádáním v komplexních materiálech. Projekt předpokládá předchozí praktické zkušenosti s elektronovou mikroskopií.
Školitel: Uhlíř Vojtěch, Ing., Ph.D.
Automatická analýza moderních kompozitních a polymerních materiálů v reálném čase je velice důležitá pro jejich rychlý vývoj a produkci. Cílem této práce je prozkoumat možnosti využití rentgenové výpočetní tomografie (CT) pro kvantifikaci a digitalizaci kompozitních materiálů. Budou testovány limity standardního CT zobrazování pro budoucí použití této modality v in-line systémech. Dále budou simulovány alternativní a rychlé režimy CT zobrazování pro akceleraci celého zobrazovacího procesu. Tyto simulace budou dále využity k vytvoření detailního modelu pro nastavení parametrů experimentů a parametrů tomografické rekonstrukce.
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.
Přednosti metody spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) jsou v jednoduchosti a robustnosti její přístrojové instrumentace, která navíc umožňuje dálkovou analýzu. Tyto výhody jsou zajímavé pro její využití v průmyslových aplikacích, vč. stavebního průmyslu, jako pokročilého sensoru umožňujícího prvkovou analýzu. V tomto případě je významná především detekce iontů (Cl-, Na+, K+) a zjištění jejich vlivu na vlastnosti stavebních konstrukcí, což se týká určení míry koroze a dalších způsobů degradace materiálu. Cílem této práce je sestavení metodiky pro přesnou kvantifikaci zvolených analytů v betonové matrici a její využití v in-situ analýze.
Systém podávání na bázi lipidů získává významnou pozornost ve vývoji nových formulací pro lepší terapeutickou účinnost a bezpečnost léčiv. Lokální podávání léků je požadované při léčbě kůže, očí, konečníku, poruch vagíny a systémových poruch s kožními projevy. Lipidové nanonosiče mají široké uplatnění při topickém dodávání léčiv díky biokompatibilní, biodegradabilní, netoxické a nedráždivé povaze lipidu. Mikroemulze a nanoemulze obsahují lipidy v rozsahu nanorozměrů, které mohou vést k pronikání léčiva do hlubších vrstev kůže. Pevné lipidové nanočástice a nanolipidové nosiče působí tak, že vytvářejí okluzivní vrstvu na kůži, což vede ke zvýšené hydrataci a lepšímu pronikání léčiva.
PhD projekt se zaměří na efekt silné vazby mezi lokalizovanými povrchovými plazmony v anténách a fonony v rezonančně absorbujících nekovových prostředích, následně pak na využití těchto znalostí pro nalezení a aplikaci obecných principů prostorově lokalizované plazmově zesílené absorbce. Tento problém bude řešen pro široké elektromagnetické spektrum sahající od blízké IR do střední IR a ověřen v nových typech nechlazených mikrobolometrů s anténami vykazujícími zvýšenou citlivost a prostorové rozlišení. V důsledku obecného průběhu indexu lomu poblž absorbčních píků/pásů materiálů, výstupy a závěry tohoto projektu najdou uplatnění i v jiných spektrálních oblastech, nezávisle na fyzikálním mechanismu rezonanční absorbce. To umožní provádět výzkum zajímavých jevů, které jsou kromě lokálního ohřevu materiálů rovněž využitelné v oblasti detekce infračerveného zaření a světla, konverze energie, (bio)senzorů, kvantových technologií, aj. Reference: Břínek L. et al., ACS Photonics 5 (11), 4378-4385, 2018.
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)
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.
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.
Cílem doktorského studia je připravit uspořádané soubory magnetických atomů či iontů na površích topologických izolantů s získat tak hybridní materiál potenciálně vykazující kvantový anomální Hallův jev. Detailní popis tématu je uveden v anglické části tohoto webu.
Školitel: Čechal Jan, prof. Ing., Ph.D.
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.
Projekt se zabývá výrobou organ-on-chip mikrofluidním systémem pro měření integrity buněčné monovrstvy. Práce bude zahrnovat výrobu vícevrstvé porézní membrány s vysoce organizovanými póry z polymerního materiálu jako je parylen. Bude optimalizován fabrikační postup k dosažení membrán s různou geometrií pórů. Dále bude optimalizována depozice elektrod pro měření impedančních charakteristik. Membrána, integrována do mikrofluidního PDMS čipu, bude sloužit také jako nosič pro kultivaci buněčných monovrstev, u nichž se bude měřit transbuněčná elektrická rezistivita. Navrhovaný design membrány a způsob měření by mohl lépe monitorovat charakteristiky buněčné vrstvy v jakémkoli organ-on-chip systému in vitro.
Školitel: Fohlerová Zdenka, doc. Mgr., 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.
Teoretická analýza nových optických jevů a funkcionalit, kterých lze dosáhnout v moderních nanofotonických strukturách, je nemožná bez využití přiměřených a výkonných numerických nástrojů. Je však zajímavé, že numerické metody založené na principu rozkladu pole do spektra vlastních modů (EME – eigenmode expansion), a tak umožňující hluboké fyzikální pochopení řešené problematiky, jsou často přehlíženy. Cílem projektu je proto vývoj a aplikace nových variant EME, které budou vhodné ke studiu vybraných zajímavých problémů současné nanofotoniky; v úvahu připadají tato témata: nanophotonická pole, která podporují vázané stavy v kontinuu; problémy spojené s kompenzacemi ztrát v plazmonických strukturách; systémy se ziskem a ztrátami, kdy se předpokládá realistický model aktivního prostředí založený na vázaných rovnicích pro inverzní populaci; modulace v hybridních vlnovodech s grafenem.
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.
Cílem práce bude popis chování vody v makromolekulárních systémech metodou molekulární dynamiky. Voda se v makromolekulárních systémech pohybuje obvykle v náhodným pohybem tedy difúzí. Přesto lze nalézt systémy, kdy dojde k usměrněnému pohybu vody v systému. Student si vybere systém, který vykazuje toto chování. Tento systém bude prozkoumán metodou molekulární dynamiky. Výsledkem bude mechanismus, jakým organizovaný pohyb probíhá. Student může navrhnout svůj model, nebo si vybrat z následujících, které jsou již rozpracovány. Prvním příkladem je hydrogel, ve kterém je možné pohyb usměrňovat pomocí funkčních skupin interagujících s vodou. Tyto skupiny jsou navíc fixovány v prostoru. Bylo zjištěno, že ve specifickém případě: fixace v prostoru a silná interakce, se voda lépe adsorbuje než u skupin, které jsou pohyblivé. Cílem je objevit mechanismus této fixace molekul vody. Druhým systémem je jev nazvaný durotaxe, kde se kapka vody pohybuje po povrchu materiálu ve směru gradientu tuhosti povrchu. V současné době je prozkoumána durotaxe na tuhých površích a aktuálně se zkoumají mechanismy durotaxe na měkkých površích a mechanismus je již částečně známý. Stále je velký prostor pro výzkum různých aspektů tohoto pohybu. Téma bude zkoumáno ve spolupráci s Fyzikálním Ústavem Polské Akademií Věd ve Varšavě.
Multiferoika jsou perspektivními materiály pro mikroelektroniku, spintroniku a technologii senzorů. Multiferoika kombinují pokročilé vlastnosti z nejméně dvou typů materiálů, jako například feromagnetické, feroelektrické a feroelastické materiály. Použití těchto vlastností může přispět k návrhu chytrých fotovoltaických struktur. Tato práce bude zaměřena na analýzu podílu polarizací zapříčiněného rozdělení nosičů náboje na vylepšení efektivity solární článků.
Multifunkční pokročilé keramické materiály vykazují vhodnou synergii mechanických, optických, elektrických nebo magnetických vlastností. Příprava takových materiálů vyžaduje optimalizaci všech kroků keramické technologie, tj. úpravu vstupních práškových prekurzorů a výběr vhodných metod jejich tvarování a slinování. Cílem dizertační práce bude využití moderních postupů keramické technologie (suché i mokré tvarovací metody, slinování s nebo bez využití tlaku) k přípravě multifunkčních keramických materiálů a kompozitů a hodnocení jejich vlastností s vazbou na možné aplikace. Práce bude podpořena běžícími projekty školitele jako např. „Development of functional ceramic and glass ceramic materials in collaboration with the Centre of Excellence FunGlass“, „Microstructure and functional properties refinement by dopant distribution in transparent ceramics – combined experimental and theoretical approach“, „Tailoring of interfaces in lead-free ferroelectric-dielecric composites to enhance their electromechanical properties“.
Školitel: Maca Karel, prof. RNDr., Dr.
3D tisk představuje metodu aditivní výroby s bezprecedentní kontrolou nad tvarem tištěného dílu. Různé části jednoho dílu však mohou vykazovat různé požadavky na materiálové vlastnosti, např. funkční, mechanické, termomechanické, zbarvení, atp. Elegantním řešením takového problému je multimateriálový tisk, kdy při tisku jednoho dílu použito více různých materiálů. U fotopolymerních tiskáren však není možné jednoduše použít více trysek s různými materiály, případně měnit materiál v jedné trysce, jako je tomu o extruzních 3D tiskáren typu FDM. Proto budou zkoumány strategie multimateriálového fotopolymerního 3D tisku včetně průvodních jevů jako je např. mezivrstvová adheze, vzájemné ovlivňování materiálů při dotvrzení, tisk při použití dvou paralelních iniciačních systémů, pokročilé metody post-processingu, komplexní mechanická a termomechanická odezva multimateriálových struktur, nebo tisk celulárních materiálů. Součástí bude charakterizace optických vlastností jednotlivých složek UV-VIS spektroskopií, mikroskopické pozorování morfologie vytištěných materiálů, sledování kinetiky reakce metodami FTIR, foto-rheologie, foto-DSC, mechanická a termomechanická měření pomocí DMA.
Školitel: Lepcio Petr, Ing., Ph.D.
The so-called Rydberg blockade enables the formation of fundamental quantum gates, using ultra cold Rydberg atoms trapped on integrated devices called “atom chips”, a great platform to realize applications for quantum computation as well as simulation. To manipulate these gates and perform the correct operations multiple well defined light fields of different frequencies (ranging from the microwave to the Terahertz regime) are necessary, with obvious advantages of these fields being created within the atom chip itself. Therefore this thesis aims for the realization of such a versatile quantum technology platform, using different technological approaches, such as commercial CMOS technology as well as conventional III-V semiconductors techniques. Previous experience with measurement setups at CEITEC (Lithography, RIE, PE-CVD, SEM, ellipsometry) is of advantage. Applicants should be fluent in English and committed to self-motivated work in an international research group and be willing to travel to international collaborators. 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.).
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.
Cílem práce bude výzkum struktury pórů CaP/SiO2 keramiky a sklokeramiky v závislosti na použité metodě přípravy, podmínkách přípravy a chemickém složení a struktuře použitých prekurzorů. Znalosti o struktuře pórů budou korelovány s mechanickými, fyzikálně-chemickými a biologickými vlastnostmi materiálů CaP / SiO2 a budou použity v inženýrství kostní tkáně.
Školitel: Částková Klára, doc. Ing., Ph.D.
Kandidát bude vyvíjet nové nanorobotické systémy detekci DNA mutací v organizmech. Osvojí si následující dovednosti: výroba nanorobotů, pohonné systémy, SEM, XPS, mikroskopická charakterizace. Práce s biologickými systémy.
Kandidát bude vyvíjet nové nanorobotické systémy pro podávání léků proti rakovině. Osvojí si následující dovednosti: výroba nanorobotů, pohonné systémy, SEM, XPS, mikroskopická charakterizace. Práce s biologickými systémy.
Kandidát bude vyvíjet nové nanorobotické systémy pro ochranu titanových implantátů a odstraňování biofilmů. Osvojí si následující dovednosti: výroba nanorobotů, pohonné systémy, SEM, XPS, mikroskopická charakterizace. Práce s biologickými systémy.
Kandidát bude vyvíjet nové nanorobotické systémy pro degradaci mikroplastů v přírodním prostředí. Osvojí si následující dovednosti: výroba nanorobotů, pohonné systémy, SEM, XPS, mikroskopická charakterizace.
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)
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.
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.
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.
Fyzika zakřivených prostorů je fascinující oblast výzkumu. Ačkoliv mnohé jevy vyplývající ze zakřivení prostoročasu již byly pozorovány (černá díra, gravitační vlny), některé jevy zůstávají nepozorovány, např. Hawkingovo záření. Náročnost pozorování některých efektů fyziky křivých prostorů podnítily nový vědecký směr: simulovat tyto jevy v laboratoři. Zejména optické simulace již ukázaly slibné výsledky. Student ve své práci prozkoumá možnosti optické simulace fyziky zakřivených prostorů, s důrazem na zobrazovací vlastnosti. K tomu využije matematickou analýzu, diferenciální geometrii a počítačové simulace. Student bude mít možnost využít spolupráci s odborníky z University of Glasgow a University of Exeter.
Školitel: Bělín Jakub, Mgr., Ph.D.
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.
Projekt je zaměřen na vnesení antibakteriálních a antivirových vlastností do parylenového povlaku. Budou studovány různé technologické přístupy včetně co-depozice (semi-bulk vlastnosti) antimikrobiálních nanočástic (NP) s parylenem za účelem vývoje kompozitu NPs/Parylen, ALD technika nebo post-modifikace antimikrobiálními molekulami. Bude se studovat antimikrobiální účinnosti v čase a biocompatibilita. Kromě toho bude projekt zahrnovat vyrobu a charakterizaci parylenového filmu s mikro/nano hierarchickými strukturami, který take bude testován proti bakteriím a virům.
Práce bude zaměřena na přípravu a přímý extruzní 3D tisk kompozitních past, které budou obohaceny o bioaktivní látky urychlující hojení a zajišťující prevenci před patogeny v tkáňovém inženýrství kostí. Bude sledován vliv složení kompozitní pasty a aditiv na reologické, mechanické a biologické vlastnosti finálních 3D tištěných vzorků. Dále bude hodnocena morfologie a vliv vnitřního uspořádání tištěných nosičů a vnějšího prostředí na finální vlastnosti 3D vzorků.
Školitel: Vojtová Lucy, doc. Ing., Ph.D.
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.
Plazmové polymery deponované v cyklopropylamin/argon vysokofrekvenčním výboji při nízkém tlaku se ukázaly jako vynikající platforma pro imobilizaci biomolekul a zlepšení buněčné adheze a proliferace [E. Machneva a kol. Sens. Actuator B-Chem. 276 (2018) 447,A. Manakhov a kol. Materials & Design 132 (2017) 257, A. Manakhov a kol. Plazmový proces. Polym. 14 (2017) e1600123]. Podobně, plazmové polymery obsahující karboxylové nebo anhydridové skupiny jsou velice vhodné pro biomedicínské aplikace, jak bylo nedávno publikováno např. pro imobilizaci léků nebo krevní plazmy bohaté na krevní destičky [E. Permyakova a kol. Materials & Design 153 (2018) 60, A. Soloviev et al. Polymery 9(12) (2017) 736]. Tenké vrstvy plazmového polymeru jsou významně ovlivněny vnějšími parametry, jako je složení plynu, tlak a výkon do výboje. Bohužel podrobné pochopení plazmové polymerace je obtížné, protože jde o složitý proces chemické depozice z par zahrnující mnoho neutrálních reaktantů vytvořených v plazmatu. Navíc je tento proces při nízkém tlaku ovlivněn kladnými nebo zápornými ionty. Tato práce si klade za cíl porozumět plazmově-chemické plynné fázi ovlivněné výkonem do výboje a povrchovými procesy ovlivněnými tokem energie iontů. Potřebné informace budou získány pomocí metod diagnostiky plazmatu (optická emisní spektroskopie, hmotnostní a iontová spektroskopie, analýza energie retardačního pole a měření sondou Octiv VI). Získané informace budou korelovány s charakterizací tenkých vrstev.
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.
Cílem práce bude příprava a charakterizace nových hydrogelových biomateriálů, které budou následně modifikovány bioaktivními core-shell nanočásticemi. Bude sledováno uvolňování bioaktivních složek a jejich aktivita z hlediska biologické účinnosti na cílené aplikace. Vzorky budou charakterizovány z hlediska biodegradace ve fyziologických podmínkách, mechanických vlastností a morfologie. Dále bude sledována jejich biologická účinnost včetně cytotoxických a antibakteriálních vlastností.
Rentgenová počítačová tomografie (CT) je jednou z nejvýznamnějších metod pro 3D vizualizaci a inspekci. Tato nedestruktivní metoda poskytuje zejména dostatečné rozlišení a kontrast pro vyhodnocení jakýchkoliv mikrostrukturních vlastností a to se schopností rozlišit struktury i pod jeden mikron. Kompletní informace o jakémkoli biologickém vzorku, lze pak snadno získat nedestruktivním způsobem a umožnit tak vizualizaci a kvantifikaci buněčných vlastností a intracelulárních prostorů, což otevírá cestu pro virtuální histologii, zobrazování živých buněk a korelativní mikroskopii. Tato práce se zabývá praktickou implementací laboratorních CT systémů s vysokým rozlišením pro zobrazování a především 3D charakterizaci biologických struktur, a to na základě vývoje specializovaných metodik pro přípravu vzorků a jejich následné CT měření, spolu s testováním a hodnocením možností pokročilých CT technik jako je zobrazování ve fázovém kontrastu nebo duálně-energiové CT pro dané aplikace.
Molekulární magnety a moderní materiály v pevné fázi jsou považovány za stavební kameny budoucí kvantové technologie. Vliv substrátu na magnetické vlastnosti molekulárních magnetů je stěžejní pro technologii na molekulárním měřítku, jako jsou magnetická paměť a jednomolekulový tranzistor. Tento Ph.D. projekt se zaměří na magneto-optické studie molekulárních magnetů, moderních materiálů v pevné fázi a na spin-substrátové interakce s různými pevnými povrchy za užití vysokofrekvenční elektronové paramagnetické rezonance (HF-EPR) a infračervené spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR). Student bude zapojen do charakterizace těchto materiálů zmíněmými spektroskopickými metodami, stejně jako širokou škálou povrchových sond dostupných na CEITECu (XPS, SEM, atd.) Cílem tohoto projektu je být schopen předvídat a zhodnotit magnetické vlastnosti takových materiálů/struktur a poskytnout správný teoretický popis experimentálních výsledků. Tento cíl zahrnuje zlepšení technik EPR a FTIR ve smyslu stojatého vlnění v Zeemanových mapách. Student bude pracovat v úzké spolupráci s interními a externími vědci.
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).
Rozvoj keramické technologie umožnil připravit polykrystalickou keramiku s optickými vlastnostmi, které se vyrovnají tradičním materiálům jako jsou monokrystaly nebo sklo. Polykrystalická keramika navíc přináší řadu výhod, zejména pokud jde o tvarování a prostorové řízení distribuce aktivních iontů. Cílem tohoto Ph.D. tématu bude příprava jemnozrnné keramiky s gradientní strukturou dopantů, která poskytne optimální optické a další potřebné vlastnosti pro zvolené aplikace (laserová media, ostatní luminiscentní aplikace, optoelektronika, dentální keramika, …). Pro přípravu keramik budou použity pokročilé tvarovací a slinovací technologie založené na koloidním tvarování a slinovaní za zvýšeného tlaku. Keramiky budou hodnoceny z hlediska efektivnosti a využitelnosti v zamýšlených aplikacích.
Školitel: Trunec Martin, prof. Ing., Dr.
Přechod kov-izolant (PKI) je fázový přechod hmoty mezi stavy s vysokou a nízkou vodivostí, obvykle spojený se silnými korelacemi mezi elektrony. Materiály vykazující PKI jsou slibnými kandidáty pro aplikace spojené s rychlým optickým spínáním nebo novými optickými prvky. Zatímco mechanismus PKI v objemových materiálech je uspokojivě popsán, mnohem méně je známo o roli hranic domén, atomárních defektů, nebo rozhraní v nanostrukturách. Dizertační práce bude zaměřena na využití teplotně závislé analytické elektronové mikroskopie k získání hlubokého vhledu do souvislostí mezi teplotou, lokální krystalovou strukturou a elektronovou strukturou pro PKI ve specifickém materiálu, například oxidu vanadičitém.
Cílem práce je návrh 3D nanostrukturovaných materiálů s pomocí nové metody. Principem této metody je uspořádání tenkých vrstev do objemového útvaru, který bude strukturovaný do 3D vzoru. Touto metodou mohou vznikat materiály, které vykazují určitou funkci. Vyrobené materiály mohou být strukturovány podobně jako materiály v přírodě například polopropustná membrána funkčně podobná fosfolipidické dvojvrstvě. Jiné materiály mohou vykazovat řízené uvolňování účinných látek používaných v medicíně například kapsaicin. Úkolem studenta bude spolupracovat na vývoji této metody. Dále bude jeho úkolem navrhnout vlastní systémy, které je možné tímto vrstvením vytvořit. Téma se řeší v rámci projektu TAČR Delta 2 a je ve spoupráci s Vietnamskou akademií věd. (pozn. Pro řešení úkolu je možné ale není nutné, aby student cestoval do Vietnamu. Bude vítáno, pokud vycestuje do zahraničí jinam.)
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.
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.
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.
Cílem doktorského studia je popsat a optimalizovat růst organických polovodičů na grafenu s cílem vytvořit grafenový varistor. Detailní popis tématu je uveden v anglické části tohoto webu.
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)
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.
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.
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.
Zatímco aditivní výroba polymerů je stále populárnější pro designové studie, rychlé prototypování a výrobu nekritických náhradních dílů, její použití ve strukturálně zatížených součástech je stále vzácné. Jedním z důvodů může být skepse inženýrů, kvůli nedostatku znalostí ohledně očekávané životnosti a spolehlivosti, stejně jako znalostí mechanismů porušení. Předložená práce bude proto zaměřena na únavové poškození aditivně vyráběných polymerních materiálů, experimentální testování těchto materiálů a také na numerické modelování únavového poškození a šíření únavových trhlin v těchto materiálech. Tato práce bude řešena v úzké spolupráci s PCCL- Polymer Competence Center v Leobenu.
Školitel: Hutař Pavel, prof. Ing., Ph.D.
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.
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.
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
Superrozlišení v kvantitativním fázovém zobrazování s nekoherentním zdrojem světla. Koherencí řízený holografický mikroskop (CCHM) je unikátní přístroj, vyvinutý na VUT v Brně. Tento mikroskop umožňuje získávat vysoce kvalitní kvantitativní fázové obrazy vzorků, a to i v případě, když tyto jsou ponořeny do rozptylujícího prostředí. Nedávné experimenty a simulace ukázaly, že v CCHM je možné dosáhnout subdifrakčního rozlišení (superrozlišení). Superrozlišení v CCHM je možné dosáhnout díky částečně koherentnímu osvětlení, což je v holografické mikroskopii unikátní. Design mikroskopu umožňuje použít osvětlení s libovolným stupněm koherence. Student prozkoumá různé techniky k dosažení superrozlišení a jejich využitelnost v CCHM. Součástí řešení tématu bude teoretický rozbor každé metody, návrh jejího provedení v CCHM a v neposlední řadě taky experimentální ověření na mikroskopu Q-Phase. Nejúspěšnější technika superrozlišení pak bude aplikována na experiment se živými buňkami.
Studium pokročilých porézních materiálů má zásadní význam pro rozvoj vědy a technologií díky jejich jedinečným vlastnostem a specifickým aplikacím. Porézní membrána s přesným umístěním pórů musí být připravena mikrofabrikací namísto tradiční track-etching metody. Práce s polymerními materiály jako je parylen nebo PDMS v rámci standardních mikrofabrikačních procesů není triviální a technologický vývoj není tak rozvinutý jako u pevných materiálů, jakými jsou křemík, oxidy, nitridy a kovy. Kromě toho je vytváření struktur v polymerních materiálech s vlastnostmi menšími než 5 μm, a to reprodukovatelným a spolehlivým způsobem, stále obtížné. Cílem projektu je výroba, optimalizace a charakterizace porézních polymerních membrán jako impedančního senzoru pro detekci (bio)molekul. Budou vyrobeny membrány s různou geometrií. Procesy fabrikace membrán a depozice elektrod budou optimalizovány a charakterizovány. Projekt bude také zahrnovat modifikaci pórů pro vhodnou imobilizaci rekogniční složky a samotnou detekci biomolekul.
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.
Cín byl historicky hojně používaný materiál a dodnes nachází četná uplatnění, např. při pájení. Je zajímavé, že některé aspekty fázové transformace beta-Sn na alfa-Sn, známé také jako cínový mor (rozpad kovového Sn na nesoudržný prášek), nejsou doposud uspokojivě vysvětleny. Publikovaná data týkající se tohoto fázového přechodu si bohužel protiřečí ohledně (1) mechanismu transformace, (2) vlivu legujících prvků i (3) aspektů tzv. očkování (vtlačení alfa-Sn do podchlazené beta-Sn). Cílem navrhovaného doktorského studia budou teoretické výpočty zaměřené na objasnění výše zmíněných tří problémů. V letech 2022-2024 se předpokládá provázaní výpočtů s experimenty v rámci projektu Grantové agentury České republiky č. 22-05801S.
Nové aplikace spektroskopie a zobrazovací techniky nukleární magnetické rezonance (NMR) na komplikované biologické makromolekuly a organismy vytvářejí požadavek na zvýšenou citlivost a rozlišení NMR měření. Dynamická nukleární polarizace (DNP) je unikátní metoda pro přenos velké spinové polarizace elektronů ve vzorku na podsoubor nukleárních spinů, čímž dochází k zesílení NMR signálu. Nicméně využití DNP metodologie ve vysokých magnetických polích (> 5 T), která jsou typická pro moderní NMR spektrometry, není dobře porozuměno a optimalizováno. V tomto doktorském projektu budou teoreticky studovány procesy přenosu spinové polarizace elektronů na jádra za působení vysokofrekvenčního mikrovlnného záření. Doktorand bude využívat již vyvinuté teoretické koncepty a výpočetní nástroje k provádění kvantitativní analýzy elektronové a jaderné spinové dynamiky odpovědné za DNP. Dále student přizpůsobí a rozpracuje stávající teoretické metody tak, aby byl zajištěn dobrý popis experimentálních výsledků DNP ve vysokých magnetických polích. Obecně vzato bude práce v tomto projektu směřovat za celkovým cílem, kterým je optimalizace DNP v kapalném roztoku při fyziologických teplotách na základě experimentálních dat nashromážděných při CW, rapid scan, pulzních ESR a NMR experimentech. Student se bude účastnit mezinárodních spoluprací a vědeckých setkání, kde bude diskutovat a prezentovat výsledky projektu.
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.
Projekt bude zahrnovat studium optimálních podmínek pro výskyt magnetoelektrického, magnetorezistivního a termoelektrického efektu. Měla by být stanovena korelace mezi magnetickými, elektrickými a elastickými vlastnostmi magnetoelektrických materiálů. Praktická aplikace výsledků by měla mít formu konverze z typu magnetizace do elektrického napětí a naopak. Tato práce je propojena s polem energy harvestingu a miniaturizace základních prvku v nanoelektronice.
Téma je zaměřeno na přípravu kompozitních materiálů s expandovaným grafitem s řízenou strukturou dávající specifické elektrické a reologické vlastnosti. Vybranými charakterizačními metodami bude definován vztah mezi podmínkami přípravy a strukturními parametry a funkčními vlastnostmi. Analyzována bude morfologie připravených termoplastických kompozitů s expandovaným grafitem a sledování vlivu expandovaného grafitu na reologické vlastnosti taveniny polymerních kompozitů, zejména v oblasti perkolačního prahu. Může být využito přípravy kokontinuální polymerní směsi vybraných termoplastů modifikovaných elektricky vodivým plnivem. V případě dosažení vhodných vlastností je předpokládáno aplikační využití v elektrotechnice pro funkční prvky kabelových opláštění a aplikace v dopravních prostředcích.
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.
Neinvazivní elektrická stimulace nervové soustavy je důležitým cílem bioelektronické medicíny. Transkutánní elektrická stimulace je v současnosti omezena a může cílit jen na struktury na povrchní struktury kvůli vysoké elektrické impedanci kůže a kosti a proto nemůže dorovnat chirurgicky implantovatelným zařízením. Tento projekt zahrnuje zkoumání relativně nové metody pro použití vysokofrekvenčních elektrických polí, která mohou pronikat tkáněmi s nízkou ztrátou, přičemž se spoléhá na nízkofrekvenční interferenční rázy umožňující stimulaci hlubokých cílů. Projekt bude zahrnovat vývoj nového interferenčního stimulačního hardwaru a také výpočetních metod pro výpočet zacílení stimulace. Spolupráce s neurovědci a účast na studiích na zvířatech je považována za důležitý aspekt projektu, stejně jako podpora klinických studií.
Holografické kvantitativní fázové zobrazení se zdrojem nízké koherence (HiQPI) je unikátní zobrazovací technika vyvinutá na VUT v Brně. Experimenty a simulace ukázaly, že ze sady zobrazení získaných touto technikou je možné rekonstruovat trojrozměrné rozložení indexu lomu pozorovaného vzorku. Využívá se přitom unikátního efektu koherenční brány, který nastává při použití zdroje s nízkou koherencí. Cílem práce bude prozkoumat různé přístupy k 3D zobrazení vzorku a porovnat jejich parametry. Součástí práce bude teoretický rozbor každé metody, návrh jejího provedení a také experimentální ověření na mikroskopu Q-Phase. Nejvhodnější technika 3D zobrazení pak bude aplikována v experimentu se živými buňkami.
Nedávné studie ukázaly, že interakce rychlého elektronu s optickým polem vede na modifikaci vlnové funkce elektronu. Tento proces bych mohl najít využití v elektronových mikroskopech, kde bychom díky zavedení specificky tvarovaných optických svazků mohli tvarovat svazky elektronové dle naší potřeby. Tyto nové, tvarované elektronové svazky nabízí aplikace například v komprimovaném a rychlém zobrazování s eliminovaným vlivem aberací nebo v selektivní excitaci zkoumaného vzorku. Dizertační práce bude zaměřena jak na návrh optických polí a experimentálních uspořádání vhodných pro generaci tvarovaných elektronových svazků, tak na vývoj aplikací v zobrazování a spektroskopii.
Školitel: Konečná Andrea, doc. Ing., 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 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.
Aditivní technologie slouží v současnosti jako efektivní nástroj pro návrh a rychlou výrobu prototypů v různých průmyslových odvětvích. V budoucnosti naleznou uplatnění při malo- či středně-sériové výrobě součástek s nejnáročnějšími požadavky. Obecně tyto technologie nabízí nové a revoluční možnosti výroby z hlediska tvarové komplexnosti, nedosažitelné současnými konvenčními výrobními postupy. Jednou z nejrozšířenějších metod je tzv. selektivní tavení laserem, kde vstupní materiál je ve formě prášku, který se řízeným pohybem laseru taví a při následném tuhnutí tvoří požadované struktury. V posledních letech se objevují studie, kde pomocí změn parametrů výkonu a pohybu laserového paprsku lze ovlivňovat způsob tuhnutí nataveného prášku. Díky tomu lze dosáhnout ovlivnění výsledné struktury materiálu z hlediska krystalografické orientace jednotlivých zrn. Tento princip otevírá novou možnost pro průmysl v podobě výroby tvarově složitých dílů s optimalizovanou strukturou pro předpokládané namáhání. Téma disertační práce je zaměřeno na optimalizaci výrobního procesu selektivního tavení laserem s cílem získat materiály s usměrněnou krystalografií a následnou charakterizaci vlivů různých krystalografických orientací na únavovou odezvu a životnost. Student bude v úzkém kontaktu s pracovníky výzkumného centra NETME a bude se podílet na optimalizaci výrobních parametrů. Dále si osvojí práci s rastrovacím elektronovým mikroskopem (REM), který bude využíván k analýze připravených struktur. Únavové zkoušky budou provedeny na moderních zkušebních strojích Instron a MTS. Získaná data budou dána do relace s podrobnou analýzou probíhajících deformačních mechanismů nalezených pomocí optické a elektronové mikroskopie. Získané výsledky významně přispějí k hlubšímu pochopení únavové odolnosti ocelí vyrobených pomocí technologie selektivního tavení laserem. Cíle práce: 1. Optimalizace výrobního procesu selektivního tavení laserem s cílem dosáhnout struktur se silnou anizotropií ve vybraných krystalografických směrech. 2. Podrobné charakterizace odezvy materiálu na cyklické zatěžování. 3. Popis únavové životnosti jednotlivých struktur různých krystalografických charakteristik. 4. Detailní analýza aktivních deformačních mechanismů a charakterizace typických procesů spojených s únavovým poškozením.
Školitel: Šmíd Miroslav, Ing., Ph.D.
Práce bude zaměřena na přípravu porézních i nanovlákenných nosičů s různými morfologickými, mechanickými i biologickými vlastnostmi tak, aby imitovaly různé vrstvy kůže v její celé tloušťce. Materiály budou osazovány kmenovými buňkami za účelem vytvoření plnohodnotné vaskularizované kožní náhrady. Vzorky budou také charakterizovány z hlediska biodegradace ve fyziologických podmínkách, mechanických vlastností, morfologie, botnání, dále angiogeneze hodnocené metodou ex-ovo, cytotoxicity a diferenciace kmenových buněk pomocí in vitro assay. Ve finále budou osazené nosiče testovány na animálním modelu prasete.
Toto doktorské téma bude studovat vlastnosti kalcium fosfátových cementů připravených s nekonvenčními kapalinami. Cílem je pochopit reologické vlastnosti, chování při cyklickém stlačování a mechanismy oslabení vody. Výzkum zahrnuje syntézu a přípravu cementu, studium reologických vlastností, charakterizaci struktury a mechanického výkonu a zkoumání neuronových sítí za účelem predikce mechanické odezvy. Během studia bude mít uchazeč příležitost učit se a pracovat od syntézy až po charakterizaci materiálů. Vysoce motivovaní a spolupracující kandidáti s vynikajícími výsledky a ambicí učit se jak z materiálů, tak z biologických věd jsou vítáni k podání přihlášky.
Práce bude zaměřena na stanovení vztahu mezi strukturou a konstrukčním řešením a vlastnostmi niklových superslitin jakožto stále progresivního materiálu. Tématem práce bude charakterizovat vliv licích defektů a konstrukčních vrubů představujících koncentrátory napětí na únavovou životnost součástí. Bude se sledovat zejména souvislost mezi mikrostrukturou superslitiny a její tolerancí k defektům při cyklickém zatěžování za vysokých teplot. Únavové testy budou provedeny na tělesech bez i s konstrukčními vruby. Zatímco pro strukturní analýzu a stanovení vlivu strukturních defektů bude využito rastrovací elektronové mikroskopie, pro hlubší analýzu operujících mechanizmů únavového poškozování bude využito transmisní mikroskopie. Výsledky práce rozšíří poznatky o vlivu defektů na únavovou životnost součástí z niklových superslitin a pomohou predikovat jejich únavovou životnost.
Školitel: Fintová Stanislava, doc. Ing., Ph.D.
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.
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.
Vzhledem k blížícímu se nástupu kvantových počítačů ve velmi blízké budoucnosti se do popředí zájmu široké vědecké komunity dostává otázka uplatnění těchto nových výpočetních platforem v oblasti teoretických výpočtů v materiálové vědě. Primárním tématem navrhované dizertační práce budou teoretické výpočty materiálů za použití stávajících kvantových počítačů a jejich simulátorů. Sekundárním tématem bude rozvoj softwarových nástrojů vhodných pro nastupující kvantové výpočetní technologie a systémy.
Metoda spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) nachází své uplatnění v analýze biologických tkání a stává se tak zajímavou alternativou pro medicínské aplikace. Předností metody LIBS v těchto aplikacích se jeví detekce makro- a mikrobiogenních prvků a jejich relativní změny ve sledované oblasti vzorku, např. přechod rakovinové a zdravé tkáně. Hlavním předmětem zájmu je laserová ablace měkkých tkání, jako jsou orgány modelových organismů (laboratorní myši) nebo přímo klinické vzorky (biopsie lidské kůže). Tedy, cílem disertační práce je provést prvkové zobrazení rozsáhlých povrchů vzorků s vysokým prostorovým rozlišením a související interpretaci naměřených prvkových map. Biologicky relevantní informace je pak stěžejní pro další rozvoj metody LIBS v oblasti biologických a medicínských aplikací. Výsledky získané metodou LIBS budou rozšířeny o standartní optickou mikroskopii (histologie) a další metody analytické chemie, především metodu LA-ICP-MS, pro dosažení tzv. korelativního zobrazování.
Hydrogely jsou nerozpustné 3D sítě, tvořené řetězci polymeru, které jsou schopny zadržet velké množství vody. Jsou nepostradatelné pro výrobu kontaktních čoček či obvazů, nicméně možnosti jejich využití jsou mnohem širší. Hydrogely je možno využít pro tvorbu tkáňových náhrad, ale velká pozornost je upřena také na jejich použití jako nosičů léčiv umožňujících řízené uvolňování léčiv. Vlastnosti hydrogelů je možné spojit s prudce se rozvíjející oblastí plazmatem aktivovaných tekutin. Bylo prokázáno, že plazmatické výboje v tekutině nebo v kontaktu s kapalinou vedou k produkci koktejlu reaktivních kyslíkových a dusíkových forem, což má pozitivní účinky např. na růst rostlin nebo účinnost protinádorových terapií. Tyto efekty jsou ještě zvýšeny při plazmatické aktivaci hydrogelů, neboť jsou stabilnější a mohou uchovávat reaktivní látky po delší dobu. Cílem této dizertační práce bude navrhnout, vytvořit a zoptimalizovat různé typy plazmatem aktivovaných hydrogelů tvořených přírodními látkami (celulóza, kolagen, lignin) využitelných jako 3D modely kůže či cév, nosiče léčiv, kryty ran nebo pro tkáňové náhrady.
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.
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.
Jak je známo, elektrochemické biosenzory nabízejí několik výhod v klinické a lékařské analýze, které zahrnují rychlé měření, jsou levné a snadno se obsluhují. Navíc přitahují více pozornosti v biochemických a biologických studiích, kde je žádoucí identifikace a kvantifikace meziproduktů a sloučenin uvolňovaných z buněk za různých podmínek. Miniaturizace elektrochemických biosenzorů proto umožňuje jejich aplikace v in vivo analýze, kde není tolik vhodných analytických metod, které by bylo možné použít. V rámci doktorského studia se bude student zabývat výrobou mikrobiosenzoru z uhlíkového vlákna ve skleněné kapiláře a jeho modifikací pro aplikace v in vivo analýze.
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).
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)
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.
3D tisk představuje metodu aditivní výroby s bezprecedentní kontrolou nad tvarem tištěného dílu a jeho vnitřní struktury. Jedním z omezení FDM technik jsou komplikace při tištění struktur obsahujících porozitu. Auxetické struktury jsou porézní systémy vyznačující se negativním Poissonovým poměrem. 3D tisk umožňuje výrobu struktur s gradientem Poissonova poměru i gradientem porozity, což vytváří zcela nové možnosti pro řízení deformační odezvy především v oblasti rázového namáhání. Zonální polymerace je jednou z možností, jak tisknout porézní struktury bez nutnosti sekundárního podpůrného materiálu a navíc umožňuje nízkoenergetický tisk velkých výrobků jak z polymerů tak z polymerních kompozitů, což umožní tuto techniku posunout z prototypování do skutečné výrobní techniky. Proto budou zkoumány strategie 3D tisku včetně za pomocí světlem iniciované zonální polymerace epoxidových materiálů a komplexní mechanická a termomechanická odezva připravených struktur. Součástí bude charakterizace morfologie vytištěných materiálů, sledování kinetiky reakce metodami FTIR, foto-rheologie, foto-DSC, mechanická a termomechanická měření pomocí DMA.
Použití 2D materiály pro přípravu superkapacitorů. Kandidát získá zkušenost s 2D materiály, různými technologiemi přípravy 2D materiálů, a přípravě superlkapacitorů s vysokou účinností
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.
Použití 2D Materiálů pro přípravu baterií. Kandidát získá zkušenost s 2D materiály, jako jsou MXeny, černý fosfor a přípravě baterií s vysokou účinností
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.
Mikroeletrody jsou velice důležitým prvkem pro neurostimulaci a snímání neurologických signálů v těle. Vlastnosti těchto elektrod významně ovlivňují vlastnosti jako je citlivost nebo spolehlivost. Z hlediska dlouhodobých implantátů je nejvýznamnější životnost ve fyziologickém prostředí, která je aktuálně největším problémem různých implantátů pro neurostimulaci. V této práci se zaměřte na studium a vývoj elektrod, které se budou vyznačovat dlouhodobou stabilitou a vysokou elektrickou kapacitou na rozhraní s prostředím.
Školitel: Gablech Imrich, Ing., Ph.D.
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
Rentgenová výpočetní tomografie (CT) jako nedestruktivní metoda kontroly poskytuje vysokou úroveň kvality dat, která může přispět k průmyslu 4.0 obrovskou hodnotou. Současným trendem v průmyslové tomografii je proto začleňování této technologie do výrobních linek pro řešení úkolů, jako je automatizovaná kontrola kvality a inspekce zboží. Pro toto začlenění je však nejprve nutné vyřešit náročné technologické aspekty hardwarové automatizace a komunikace. Nový komunikační standard 5G umožňuje vysoce spolehlivý, bezpečný a vysokorychlostní přenos dat s krátkou dobou odezvy, díky čemuž je výroba flexibilnější, mobilnější a produktivnější. Proto 5G tvoří základní předpoklad pro automatizaci a komunikaci v průmyslové praxi. Tato práce se zabývá praktickou implementací technologie 5G do zařízení používaných ve výrobních linkách se specifickým zaměřením na výrazné zvýšení autonomie, robustnosti a rychlosti průmyslového CT s cílem podpořit jeho začlenění do linkových výrobních procesů, jak je požadováno v prostředí průmyslu 4.0.
Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.