Prezenční studium

4 roky

prof. Ing. Martin Weiter, Ph.D.

Předseda :
prof. Ing. Martin Weiter, Ph.D.
Člen interní :
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D.
prof. Ing. Jaromír Havlica, DrSc.
prof. Ing. Jozef Krajčovič, Ph.D.
doc. Ing. František Šoukal, Ph.D.
prof. Ing. Oldřich Zmeškal, CSc.
prof. RNDr. Vladimír Čech, Ph.D.
Člen externí :
doc. Tomáš Syrový
doc. Ing. Irena Kratochvílová, Ph.D.
doc. Ing. Jozef Vlček, Ph.D.
prof. RNDr. Pavla Rovnaníková, CSc.

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

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

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

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

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

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

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

1. Aditivované hybridní perovskitové materiály od výzkumu k aplikacím

   Cílem práce je studium vlastností hybridních perovskitových systémů obsahujících vhodný typ organických a anorganických aditiv. Studium je zaměřené na výkon a stabilitu perovskitů s ohledem na potenciální aplikace

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

2. Aplikace konverzních LDH povlaků na Mg substráty připravené práškovou metalurgií

   V rámci dizertační práce se student bude zabývat přípravou a následnou charakterizací povlaků na bázi podvojně vázaných hydroxidů (LDH) a povlakovaných vzorků. Povlaky jsou velmi perspektivní v oblasti korozní ochrany a biomedicínských aplikací. V rámci práce bude na základně dostupných a relevantních zdrojů proveden souhrn poznatků, které budou dále využity pro praktickou a vědeckou činnost. Hořčíkové substráty pro následnou depozici povlaků budou připraveny s využitím vhodných technik práškové metalurgie. Na tyto substráty budou následně na základě získaných poznatků naneseny LDH povlaky s potenciálním využitím v medicínských aplikacích. Povlaky a povlakované Mg vzorky budou hodnoceny z hlediska jejich povrchové morfologie, prvkového a fázového složení. Dále bude hodnocena struktura vzorků a jejich korozní odolnost, kdy pozornost bude především věnována elektrochemickým technikám, jakými jsou potenciodynamická polarizace a elektrochemická impedanční spektroskopie.

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

3. Historická pojiva a možnosti jejich využití v současném stavebním průmyslu

   Současný stavební průmysl stojí především na produkci portlandského cementu. Portlandský cement je moderní hydraulické pojivo, jehož trvanlivost a stálost můžeme hodnotit něco málo přes sto let. Oproti tomuto fenoménu současnosti, je mnoho dodnes dochovaných staveb z dob několik tisíc let před naším letopočtem, které stále celé, nebo jejich torza stojí. Tato disertační práce se bude zabývat především dřívějšími technologiemi výroby starověkých pojiv a jejich aplikacemi v současném stavebnictví. Zejména se bude jednat o studium a možnosti využití románských a římských cementů. V případě použití a uplatnění těchto pojiv v současném stavebnictví, by mohlo být sníženo množství produkovaného CO2 při výrobě portlandského cementu a uspořeno nemalé množství energie, neboť obě výše uvedená historická pojiva jsou vyráběna za podstatně nižších teplot.

   Školitel: Opravil Tomáš, doc. Ing., Ph.D.

4. Ne-fullerenové akceptory na báze vysoce výkonných barviv a pigmentů pro organickou fotovoltaiku

   Práce se zabývá cílenou chemickou modifikací organických barviv a pigmentů, syntézou jejích polymerů a ko-polymerů. Dizajn molekul bude zaměřen na studium vlivu chemické modifikace na výsledné elektron-akceptorní vlastnosti materiálů pro aplikace v organické fotovoltaice

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

5. Nové materiály a tiskové technologie pro efektivní dotykové zařízení a senzory

   Práce je zaměřena na studium nových materiálů a technologií materiálového tisku v oblasti tištěné elektroniky, zejména dotykových obrazovek a/nebo organických a bioelektronických aplikací. Detailně bude studována technologie sítotisku s ohledem na vlastnosti nových materiálů – návrh struktur elektronických prvků a zařízení, fotolitografické techniky, technologie přípravy a aplikace tiskových past past, sítotisk vzorků. Vytištěné tenké vrstvy, elektronické prvky a zařízení budou studovány zavedenými metodami charakterizace mechanických, optických a především elektronických a elektrických vlastností. Práce je realizována s podporou projektů aplikovaného výzkumu za účasti širšího konsorcia průmyslových i dalších partnerů.

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

6. Nové organické funkční materiály pro biosenzorické aplikace

   Náplní práce bude návrh a syntéza nových organických receptorů s cílem selektivního vázání vybraných biologicky relevantních analytů (kationtů, malých biomolekul aj.) Student se mj. zaměří na oblast nových derivátů crown-etherů (modifikace velikosti kavity, typu heteroatomů v řetězci). U syntetizovaných derivátů bude cíleno na následné studium supramolekulárních vlastností a analytické odezvy komplexace pro potenciální využití v biosenzorických aplikacích.

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

7. Nové organické materiály pro elektrickou stimulaci buněk a aplikace v oblasti bioelektroniky

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

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

8. Pokročilé materiály pro organické a hybridní solární články

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

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

9. Pokročilé povrchové úpravy cementových materiálů

   V posledních desetiletích byla intenzivně studována možnost využití povrchových úprav betonu. V tomto ohledu se stává v technologii betonu čím dál tím více populárnější ošetřování pomocí roztoků křemičitanů, zejména pokud se jedná o předcházení poškození betonu v souvislosti s jeho vystavením extrémně agresivním prostředím. Cílem práce je vývoj nové generace povrchových úprav na bázi alkalických silikátů, které budou zdokonaleny přídavkem organických přísad. Významný cíl práce představuje rovněž hlubší pochopení mechanismů interakce mezi roztoky křemičitanů s cementovým podkladem, stejně tak i následný přímý dopad na trvanlivost ošetřovaných betonů. Získané znalosti pomohou předpovědět životnost povrchově ošetřených betonů a otevřou příležitost k výrobě více udržitelných stavebních materiálů.

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

10. Progresivní technologie svařování v jaderné energetice

    Práce je zaměřena na studium mikrostruktury svařovaných ocelí používaných v jaderné energetice. Ocely budou svařovány pomocí metody TIG (Tungsten Inert Gas) za použití různých typů ochranné atmosféry. Bude zkoumáno, jestli má použití různých typů plynů vliv na mikrostrukturu a celkové vlastnosti svarového spoje. Mezi studované vlastnosti bude patřit pevnost v ohybu, lomová houževnatost, tvrdost (mikrotvrdost) a korozní odolnost svarového spoje. Svarový spoj bude také testován pomocí normovaných nedestruktivních testů – vizuální, penetrační a rentgenové testování. Zásadním pozorováním bude výskyt jednotlivých strukturních fází (ferit, perlit, bainit, austenit, delta ferit, aj.) a především jejich lokalizace ve svarovém spoji.

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

11. Studium kinetiky vytvrzování reaktoplastů na bázi polyesterů pomocí rotační reometrie v kombinaci s Ramanovou spektroskopií

    Náplní práce je syntéza funkcionalizovaných polyesterových pryskyřic s bio-složkou nebo složkou z recyklovatelných odpadních surovin a to s budoucím záměrem využití těchto materiálů pro 3D tisknutelné aplikace. Zkoumána bude kinetika foto- resp. termicky iniciovaného síťování polymeru s možností analýzy kinetických parametrů pomocí reologických veličin (např. viskozita, fázový a soufázový modul) a Ramanových spekter. Využití simultánního měření reologie a Ramanovy spektroskopie umožní detailní pochopení reakčního mechanismu za působení nejen teplotních, ale i mechanických vlivů, což je klíčové pro správné nastavení reologického chování a kinetiky vytvrzování 3D tiskových pryskyřic. Experimenty a jejich vyhodnocení budou probíhat částečně na VUT v Brně a částečně na Univerzitě Johannese Keplera v Linci (pobyt zde je možno financovat např. formou stipendia programu ERASMUS). Školitel: Doc. Milan Kráčalík (Univerzita Johannese Keplera v Linci)

    Školitel: Kráčalík Milan, prof. Ing., Ph.D.

12. Syntéza polymerů na bázi organických pigmentů pro aplikace v organické elektronice a bioelektronice

    Předmětem dizertační práce bude syntéza a studium vlastností polymerů na bázi organických vysoce-výkonných pigmentů pro aplikace v oblasti organické elektroniky a bioelektroniky. Studován bude jak vliv postranních alifatických řetězců vázaných na laktamových jednotkách organických pigmentů, tak vliv komonomerních aromatických jednotek elektron-akceptorního i donorního charakteru na optoelektrické vlastnosti výsledných derivátů.

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

13. Vliv opatření ke snižování uhlíkové stopy na vlastnosti portlandského cementu

    Předmětem práce bude výzkum vlivu jednotlivých výrobních opatření ve výrobě portlandského cementu, která jsou v současnosti překotně zaváděna v souvislosti s plněním výzev evropské dohody Green Deal pro snížení emisí oxidu uhličitého. Mezi základní opatření patří aplikace stále většího množství alternativních paliv nahrazujících fosilní paliva, používání alternativních nekarbonátových surovin pro výrobu slínku a rozšiřování spektra doplňkových cementářských surovin pro výrobu směsných cementů. Zároveň začínají být postupně zaváděny nové výrobní technologie a technologické prvky opět snižující emise oxidu uhličitého. Všechny tyto zásahy do zavedené výroby portlandského cementu musí mít nutně vliv na jeho složení a vlastnosti, což přináší nové výzvy v oblasti výzkumu a vývoje portlandského cementu.

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

14. Vliv podmínek krystalizace na výsledné vlastnosti průmyslových sádrovců

    Relativně častým a velmi dobře využitelným sekundárním produktem mnoha chemických výrob jsou chemostádrovce. Některé z nich jsou dále bez úprav využitelné obdobně jako produkty z odsíření spalin energetických provozů. Zbývá však více než 70 % chemosádrovce, které díky svým vlastnostem využívat nelze a jsou tak bez užitku deponovány. Cílem disertační práce je popsat proces krystalizace chemosádrovců z různých zdrojů, pochopit, objasnit a popsat proces krystalizace. Zaměřit se na vztah mezi prostředím, podmínkami, složením roztoku a výslednými vlastnostmi krystalizačního produktu (chemosádrovce). Ověřit tyto mechanismy experimentálně a zaměřit se na sledování velikosti a tvaru vzniklých krystalů, jejich fyzikální a chemické vlastnosti.

    Školitel: Opravil Tomáš, doc. Ing., Ph.D.

15. Vliv substrátu a geometrie na velikost anomálního Nernstova jevu

    Navrhovaná práce je zaměřena na studium anomálního Nernstova jevu v různých experimentálních geometriích. Klíčová bude rešerše literatury a znalost fyziky materiálů. Řešitel dále určí několik vhodných způsobů měření, vyrobí součástky z různých materiálů a systematicky změří anomální Nernstův koeficient. Vybrané materiály budou připraveny v CEITEC Nano a řešitel na nich vytvoří součástky pro měření a kvantifikaci anomálního Nernstova jevu. Návrh a testování designu těchto součástek bude hlavním úkolem řešitele. Zaměří se zejména na vliv geometrie, materiálu a experimentálního uspořádání (měření s jednosměrným nebo střídavým teplotním gradientem). Cílem práce je jednak určení anomálního Nernstova jevu ve vybraných materiálech a dále navržení experimentálního uspořádání pro optimální měření tohoto jevu.

    Školitel: Čech Vladimír, prof. RNDr., Ph.D.