Ing. Lucie Maráčková se zabývala řešením disertační práce od roku 2017 jako studentka presenčního studia. Po celou dobu (i v covidovém období) se podílela na vědecké, ale i pedagogické činnosti. Ve spolupráci se ZČU v Plzni (doc. Hamáček) se podílela na charakterizaci tranzistorů (OECT) na bázi iontových kapalin a vlastností studovaných iontových kapalin připravených na vlastních elektrodových systémech.  Z důvodu omezených možností experimentální práce se zabývala především modelováním VA charakteristik proudů omezených prostorovým nábojem (SCLC), impedančních spekter (IS) a tranzientních odezev.  Kromě toho se také zabývala vyhodnocením experimentálních dat a jejich srovnání s uvedenými modely.
Své zkušenosti využila i při řešení juniorského projektu GAČR, jehož řešitelem byl Dr. Pospíšil. V rámci této práce vznikly dvě publikace v impaktovaných časopisech "Applied Physics A" a "Material Science Forum". Kromě těchto dvou publikací má v "AIP Conference Proceedings" 6 publikací z mezinárodních konferencí Thermophysics a ICNAAM. Na těchto konferencích prezentovala obsah uvedených příspěvků.
Předepsané zkoušky skládala v souladu se stanoveným plánem, státní závěrečnou zkoušku absolvovala do dvou let od zahájení doktorského studia. Práci ukončila v důsledku epidemiologických opatření  do šesti let od zahájení studia.
Kromě vědecké práce se Ing. Lucie Maráčková podílela i na pedagogické činnosti a to v předmětech Anorganická chemie a Praktikum z fyziky a na vedení bakalářských a diplomových prací.
Na základě uvedených skutečností doporučuji postoupit disertační práci, kterou vypracovala Ing. Lucie Maráčková k obhajobě ve studijním odboru "Chemie, technologie a vlastnosti materiálů" a po úspěšné obhajobě jí udělit titul Ph.D.

Posudek dizertační práce

Předkladatel dizertační práce: Ing. Lucie Maráčková

Název dizertační práce:

STUDIUM VLASTNOSTÍ TRANZISTORŮ NA BÁZI IONTOVÝCH KAPALIN

Školitel: prof. Ing. Oldřich Zmeškal, CSc.
Oponent: prof. RNDr. Stanislav Nešpůrek, DrSc.

Předložená dizertační práce sestává ze 144 stran textu včetně publikací autorky, životopisu, seznamu použitých zdrojů a dvou příloh, 13.1 Modelování výsledků impedanční spektroskopie a 13.2 Modelování experimentálních volt-ampérových charakteristik pro různé iontové kapaliny, viz. N01:1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imid, N04:1-butyl-3-methylimidazolium trifluormethylsulfonát, N09:1-ethyl-3-methylimidazolium
tetrafluoroborát, N11:1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborát, a N31:1-hexyl-3-methyl- imidazolium tetrafluoroborát. Práce se zabývá problémy vyskytující se v oblasti vývoje a konstrukce organických tištěných tranzistorů. Elektrolyty na bázi iontových kapalin se zdají být atraktivní z hlediska „zelených elektrolytů“, tj. iontových látek, které jsou šetrné k životnímu prostředí. Nehledě na tento fakt se předpokládá, že uvedený typ tranzistorů bude aplikovatelný v oblasti biosenzorů. Určité typy klasických tranzistorů bude možné nahradit součástkami s organickými materiály, které je možné připravit tiskem. Od tranzistorů se očekává nízkonapěťový provoz s rychlými dynamickými parametry, nízkým prahovým napětím a přijatelnou stabilitou v běžných atmosférických podmínkách. Tyto vlastnosti celá řada organických tranzistorů splňuje. Oblast organických elektrochemických tranzistorů se tudíž považuje za perspektivní.
     V úvodní teoretické části práce (42 stran) jsou diskutovány publikované skutečnosti týkající se typů iontových kapalin a jejich využití, typů tranzistorů včetně těch s organickými materiály, problémů tištěné elektroniky a substrátových materiálů. Tato problematika je zpracována velice pečlivě, považuji ji ovšem za zbytečně rozsáhlou. V kapitole 6 jsou uvedeny cíle práce. Ty jsou zaměřeny mimo jiné na studium elektrických a dielektrických vlastností elektrolytů typu iontových kapalin. V kapitole 7 „Charakterizace vlastností tranzistorů“ jsou shrnuty základní fyzikální vlastnosti polovodičů obsahující fakta o elektrické vodivosti, polovodičových strukturách, je diskutován problém prostorového náboje, hustoty elektronových stavů a dielektrických vlastností (13 stran). Tento materiál obsahuje převážně literární údaje a považuji jej opět za příliš obsáhlý. Nicméně se autorce podařilo shrnout teoretické závěry, které dále používá k interpretaci získaných experimentálních dat. V tomto směru je potřeba ocenit aktivitu Ing. Maráčkové zejména v oblasti proudů omezených prostorovým nábojem, která není jednoduchá.
     Kapitolou 8 začíná experimentální část práce. Jsou uvedeny uhlíkové elektrodové struktury (obr. 78) získané tiskem na různých typech podložek. Kanál mezi zdrojovou a odtokovou elektrodou byl připraven z poly(3,4-ethylendioxythiofen):poly(styren sulfonátu) (PEDOT:PSS), který se běžně připravuje z komerční tiskové formulace. Zde je potřeba vyzvednout úsilí autorky připravit kanál polymerací EDOTu a SSu přímo na elektrodovém systému, čímž získala chemicky čistý materiál bez příměsí. Položme si otázku, čeho se část experimentálních výsledků týká. Elektrochemické tranzistory sestávají z polovodivého kanálu, který je překryt iontovou kapalinou. Báze je ponořená do elektrolytu. Iontová kapalina (IK) tak představuje izolant mezi bází a kanálem. Ideálně se IK skládá z iontů, iontových párů, iontových klastrů a nábojů z nečistot. Studium elektronových vlastností IK dává tudíž část informace o čistotě elektrolytu. Poznamenejme, že čištění IK je velmi složitý chemický proces, který nebývá zmiňován ani v publikovaných statích. V této práci byly použity komerční iontové kapaliny a lze tudíž očekávat přítomnost nečistot s elektronovou vodivostí. Tímto problémem se mj. zabývá předkládaná práce. V uvedeném typu tranzistoru je IK kontaktována kanálem a bází. Vzniká tudíž „balkový“ (sandwich) systém, který je v práci modelován vzorky typu uhlík-IK-uhlík. Jak je uvedeno výše 5 IK bylo použito v předkládané studii. Poznamenejme, že podobný typ studií nebyl zatím prováděn a není uveden v literatuře. Pokud se týká uhlíkových elektrod, nejsou elektrochemicky aktivní a k uvedeným studiím jsou vhodné. Může zde být ovšem problém nečistot, které se mohou vyplavovat z tištěných elektrod. Toto však nepředstavuje při zavádění nové měřící techniky problém. Do budoucna se ovšem bude nutné zaměřit mj. na kvalitu elektrod, vytváření iontových vrstev u elektrod, elektrodové redox reakce a difúzi nábojů. V předložené práci je uvedena možnost modelovat difúzní proces elektrochemicky neaktivních látek pomocí Gerischerovy impedance (cit. 126). Poznamenejme, že získané experimentální výsledky je možné dobře modelovat teoretickými relacemi uvedenými v kapitole 7. Teorii odpovídají nejen závislosti fyzikálních veličin, ale i jejich absolutní hodnoty, např. proudové hustoty, pohyblivosti nosičů náboje atd. Je zajímavé, že při analýze volt-ampérových charakteristik byl pozorován jak ohmický tak injekční proud. Kinetická měření byla provedena na tranzistorové struktuře uvedené na obr 78a. Časové závislosti proudu jak Ion → Ioff tak Ioff → Ion byly vyhodnocovány pomocí exponenciálních funkcí. Interpretace, jak jsou uvedeny na obr. 116 a 117 jsou správné.
     Dizertační práce je sepsána jasným a přehledným způsobem. Odborná úroveň práce je velmi dobrá, téma je aktuální a z inženýrského hlediska zajímavé. Analýza a interpretace dosažených výsledků a formulace závěrů dizertace jsou prezentovány bez zjevných chyb. Byla nalezena technologie testování kvality elektrolytů pro přípravu rychlých spínacích prvků, které mohou být připraveny tiskovou technikou. Rozhodnutí o aplikačním potenciálu uvedené metodiky bude možné učinit po dodatečných testech. Získané výsledky prokazují, že cíle stanovené v disertační práci byly splněny. Aktivity Ing. Maráčkové můžeme najít v 8 statích (publikace a konferenční příspěvky). Z prezentovaných výsledků je možné vyvodit závěr, že Ing Maráčková je výkonný výzkumný pracovník s velkou odpovědností presentovat pouze věrohodné výsledky a je dobrým odborníkem v oblasti elektrických měření.

Závěr:
Předložená práce rozsahem i obsahem splňuje všechny požadavky kladené na doktorskou dizertaci a doporučuji ji k obhajobě (dle zákona č. 111/1998 Sb. § 47). Po úspěšné obhajobě doporučuji udělit Ing. Lucii Maráčkové titul Ph.D.


V Praze, dne 14. července 2023.           
               
        

                                                                               prof. RNDr. Stanislav Nešpůrek, DrSc.
                                                                                  oponent Otázky k obhajobě:

1. Vysvětlete co znamená záporná časová konstanta v Tab. 17
2. Jaké jsou rozdíly mezi ohmickým a injekčním proudem