Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
CEITEC VUTZkratka: PNTMTAk. rok: 2016/2017
Program: Pokročilé materiály a nanovědy
Délka studia: 4 roky
Akreditace od: 17.7.2012Akreditace do: 31.7.2020
Profil
Student absolvováním studia získá dostatečné odborné znalosti a dovednosti potřebné pro řešení různorodých vědeckých problémů výzkumných a vývojových institucí a průmyslové praxi. Absolvent bude schopen na potřebné úrovni aplikovat pro další rozvoj oboru na pracovištích svého dalšího působení (akademických a vědeckých institucích a institucích realizační oblasti) a přispět ke zlepšování konkurenceschopnosti výstupů výzkumné a aplikační oblasti těchto institucí. Koncepce studijního programu umožňujestudentům získat dostatečné kompetence pro spolupráci v národních a mezinárodních vývojových, konstrukčních a vědecko-výzkumných týmech. Absolvent tohoto oboru získá solidní schopnosti a dovednosti působit ve vědeckých a výzkumných centrech nejenom v České republice, ale i v zahraničí.
Profesní profil absolventů s příklady
Vstupní požadavky
http://www.ceitec.vutbr.cz/en/students/admission
Garant
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
Charakteristika problematiky úkolu: Metoda spektrometrie laserem buzeného plazmatu (z angl. Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS) umožňuje prvkovou analýzu materiálu v jakémkoliv složení (pevném, kapalném i plynném). Základem této metody je laserová ablace materiálu v interakčním regionu vymezeným fokusovaným laserovým pulsem. Laserem vybuzené plazma vyzařuje charakteristické záření prvků, ze kterých je složeno. Široká škála prvků vyzařuje ve viditelné části spektra, a je možné je detekovat běžně dostupnými spektrometry a detektory. Naproti tomu spektrální čáry některých prvků (C, N, S, P, Cl, Br) se nacházejí v oblasti VUV (<200 nm). Detekce těchto prvků vyžaduje specifickou přístrojovou instrumentaci, která má vyřešen problém vysoké absorpce této spektrální oblasti ve vzduchu a ve většině optických materiálů. Cílem této disertační práce je detekce prvků se signifikantními spektrálními čarami ve VUV oblasti, jako jsou C, N, S, P, Cl, Br. Součástí této práce je nezbytný návrh a sestavení detekčního systému (spektrometr + detektor) pro LIBS analýzu se spektrálním rozsahem sahajícím pod 170 nm a s rozlišením < 0,2 nm. Detekční systém bude modulárním rozšířením LIBS interakční komory vyvíjené v laboratoři laserové spektroskopie na STI VUT v Brně. Následně bude systém testován pro LIBS analýzu. Cíle, kterých má být dosaženo: A. rešerše současného stavu - analýza metodou LIBS v podtlacích a atmosférách plynů - LIBS ve VUV - konstrukce spektrometrů B. návrh spektrometru - přímé navedení záření plazmatu na optické členy spekt. - efektivní pracovní rozsah vlnových délek nižší než 170 nm C. konstrukce spektrometru - modulární rozšíření již existující LIBS interakční komory - detekční systém obsahující spektrometr i detektor - snadná aretace optických členů - vzduchotěsnost pro práci v podtlacích D. analýza v podtlacích - detekce spektrálních čar prvků jako C, N, S, P, Cl, Br, atd.
Školitel: Kaiser Jozef, prof. Ing., Ph.D.
The study will be aimed at the growth of III-Sb and III-As nanowires utilizing various catalyst nanoparticles in a MBE chamber of the complex UHV system in the CEITEC Nano research infrastructure. Characterization of morphology, composition, and structure, as well as measurement of their optical and electrical transport properties will serve as tools for monitoring the quality of nanowires.
Školitel: Spousta Jiří, prof. RNDr., Ph.D.
The aim of the Ph.D. thesis is to obtain a profound understanding as well as active control of the dynamics of the phase transformation in materials featuring a first-order phase transition between antiferromagnetic and ferromagnetic states. This class of materials exhibits a metamagnetic behaviour in which the transition can be driven by several types of excitations, such as temperature, magnetic field, strain or laser pulses. The prototype material to perform this study will be the FeRh alloy. Recent studies suggest that its incorporation into meso- and nanoscale devices can result into emergent phenomena and new routes to stabilize and control the antiferromagnetic or the ferromagnetic state. The Ph.D. candidate will investigate the dynamics of the phase transition in patterned films driven by ultrafast current and laser pulses. The project will involve extending the existing scanning magnetooptical Kerr microscope to a pump-probe set-up and combining it with electrical transport measurements. Further steps will lead towards all-optical control of the magnetization in the ferromagnetic phase.
Nikotinamidadenindinukleotid dehydrogenáza (NADH) je hlavní nosič elektronů v metabolismu buňky -glykolýze, Krebsově cyklu a mitochondriálním respiračním řetězci. NADH vzniká během glykolýzy a je oxidována v elektronovém transportním řetězci. Poměr fluorescenční NADH a nefluorescenční NAD+ odráží redoxní stav tkáně. Oxidativní fosforylace v izolovaných mitochondriích reaguje na změny parciálního tlaku kyslíku (pO2) v mezích fyziologických hodnot. Mozková tkáň in vivo vykazuje velké pO2 gradienty s maximem okolo velkých tepen, které zásobují tkáň kyslíkem, a klesá se vzdáleností. Jak a jestli tyto normální variace v dostupnosti O2 ovlivňují redoxní stav tkáně, zůstává otázkou. Navíc NADH fluorescence mozkové tkáně klesá v odpovědi na kortikální stimulaci, depresi elektrické aktivity a záchvatech během trvání stimulu a vzrůstá v odpovědi na hypoxii nebo ischemii. Důsledky těchto objevů pro mozkovou tkáň in vivo nejsou známy. Vzhledem k tomu, že metabolismus je z velké míry ovlivněn anestezií a různé druhy anestezie jej ovlivní různě a nepředvídatelně, dáváme si za cíl zkoumat metabolismus v živých myších bez anestezie. Cíle projektu: 1. Zavedení a optimalizování procedur pro přípravu a zobrazování živých myší bez anestezie. 2. Výzkum redoxního stavu tkáně v klidném stavu (bez stimulu) se zaměřením na prostorové variace NADH fluorescence ve vztahu k morfologii cévního řetězce. 3. Změny NADH fluorescence v odpovědi na kortikální stimulaci.
Školitel: Uhlířová Hana, Ing., Ph.D.
Tato práce je zaměřena na konstrukci specifických elektrochemických senzorů a biosenzorů pro detekci nukleových kyselin. Taková detekce je často spojená s modifikací detekčních elektrod pomocí nano a mikrostruktur, což je jednou z možností jak zlepšit vlastnosti detekčního systému. Budou použity modifikace elektrod za využití různých forem uhlíkových materiálů (trubičky, tečky, listy, fullereny) nebo nanočástic (zejména kvantových teček).
Školitel: Zítka Ondřej, doc. RNDr., Ph.D.
Téma disertační práce náleží do oblasti výzkumu a vývoje žárově nanášených funkčně gradientních povlakových systémů s potenciálním využitím v leteckém průmyslu a energetice. V práci bude řešena problematika volby vhodných materiálů pro novou generaci komplexních environmentálních bariér, optimalizace technologie jejich přípravy a studia mechanismů jejich poškozování při spolupůsobení rozdílných environmentálních efektů za vysokých teplot. Výsledky práce budou porovnány s v současnosti využívanými či vyvíjenými tepelnými bariérami, které budou z pohledu studovaných mechanismů poškozování rovněž testovány za stejných či srovnatelných podmínek.
Školitel: Švejcar Jiří, prof. Ing., CSc.
Prismatické dislokační smyčky mají Burgersův vektor kolmý k rovině smyčky a vznikají při radiačním poškození nebo při plastické deformaci. Tyto smyčky mohou být pozorovány v transmisním elektronovém mikroskopu (TEM) a mohou být vytvářeny Ga+ ionty ve fokusovaném svazku (FIB). V tomto projektu budeme studovat vzájemné interakce malých prismatických smyček a interakce smyček s volným povrchem TEM fólie jak experimentálně tak i pomocí atomárního modelování s použitím empirických potenciálů.
Školitel: Fikar Jan, Mgr., Ph.D.
Epitaxní růst na substrátech s rozdílnými mřížkovými parametry jako např. III-N na Si je obecně používanou metodou růstu polovodičových vrstev používaných ve špičkové optoelektronice. Hlavním problémem je výrazný pokles externí kvantové účinnosti čipu vlivem velké hustoty vláknových dislokací. Vzhledem k tomu, že tyto dislokace zvyšují energii soustavy je velmi důležité pochopit důvod jejich existence a popsat mechanismus jejich nukleace. V tomto projektu získá student solidní zkušenosti s růstem epitaxních nanovrstev AlN na Si waferu pomocí MBE. Cílem této práce je objasnit změny v dislokační substruktuře se změnou tloušťky filmu a v závislosti na použité technice růstu s použitím kombinace SEM a TEM (jak tradiční tak 3D elektronová tomografie). Tato pozorování budou korelována s predikcemi probíhajících teoretických a počítačových studií s cílem identifikovat mechanismus nukleace vláknových dislokací v soustavě III-N/Si, popř. v dalších heterostrukturách s velmi rozdílnými mřížkovými parametry.
Školitel: Gröger Roman, doc. Ing., Ph.D. et Ph.D.
Kubické prostorově středěné kovy VB a VIB skupiny jsou technologicky důležité materiály, jejichž mechanismy plastické deformace jsou stále nejasné. V zatížení tlakem vykazují všechny nemagnetické bcc kovy tzv. anomální skluz po jednom ze slabě zatížených {110}<111> skluzových systémů, což lze objasnit pomocí počítačových studií šroubových dislokací. Nicméně, ve skupině VB kovů dochází k anomálnímu skluzu také při zatížení v tahu, což nelze objasnit ani s využitím nejmodernějších počítačových modelů. Náplní tohoto tématu je realizovat sérii experimentálních studií na milimetrových vzorcích monokrystalů bcc Ta a W zatížených v různých směrech tahem a tlakem. Orientace vzorku bude určena pomocí EBSD a charakter plastické deformace bude studován pomocí diferenciálního interferenčního kontrastu ve vysokorozlišovacím optickém mikroskopu. Pozorované aktivity skluzových systémů budou korelovány s predikcemi existujících kritérií plasticity a budou sloužit jako zdroj pro zpřesnění formulací těchto kritérií.
The combination of graphene and single molecular magnets offers the opportunity of external tuning of magnetic properties of deposited organic magnets. The research within the Ph.D. study aims at the understanding of deposition/self-assembly phenomena of organic compounds containing magnetic atoms on graphene surfaces. The graphene surface offers the interesting possibility to alter the functional properties of prepared nanostructures by external means, i.e., the gate voltage. (For detailed info please contact the supervisor.)
Školitel: Čechal Jan, prof. Ing., Ph.D.
The organic and metal-organic nanoarchitectures prepared self-assembled at surfaces show promising applications. The Ph.D. study aims at catalytic properties of these structures, in particular, understanding the interaction of metal-organic coordination centers with gas molecules, which may lead to development of novel heterogeneous catalysts. (For detailed info please contact the supervisor.)
Metoda spektroskopie laserem buzeného plazmatu (z ang. Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS), umožňuje prvkovou analýzu povrchu vzorků s krátkou dobou odezvy a zároveň jemným prostorovým a hloubkovým rozlišením. Základem této metody je laserová ablace materiálu v interakčním regionu vymezeným fokusovaným laserovým pulzem. Následně dochází k vytvoření laserem vybuzeného plazmatu vyzařující charakteristické záření prvků, ze kterých je složeno. Metodou LIBS je možné vytvořit i hloubkový profil prvkového složení jednotlivých vrstev. V této modifikaci je laserový pulz fokusovaný na jedno místo a dochází k postupné ablaci jednotlivých vrstev; tedy určení vývoje prvkového složení v závislosti na hloubce. Tato metoda nachází své využití jak ve vědecké, tak i komerční sféře například ke kontrole kvality povrchů. Cílem této disertační práce je vytvoření metodiky hloubkového profilování složení vzorků metodou LIBS, která bude přímo aplikovatelná v průmyslových procesech. Dosažení tohoto cíle vyžaduje komplexní aplikovaný výzkum, tak aby metoda LIBS mohla nahradit stávající analytické metody. Součástí práce je i zkoumání vlivu okolních podmínek na výsledek experimentu a zkoumání vlivu rozdílných konfigurací instrumentace pro měření. Cíle, kterých má být dosaženo: A. Rešerše současného stavu s ohledem na cíle práce. B. Optimalizace experimentu a vývoj instrumentace vhodné pro on-line analýzu. C. Určení limitů detekce a způsoby jejich snížení. D. Zajištění kalibrace systému, časové stability a opakovatelnosti měření. E. Vytvoření hloubkových profilů a 3D map distribuce jednotlivých prvků v objemu vzorku.
Charakterizace buněčné diversity v časné kultuře z biopsie karcinomu nedestruktivním postupem se ukazuje jako důležitý krok k individualizaci terapie v onkologii. Koherencí řízený holografický mikroskop v provedení Q-PHASE představuje přístroj připravený pro dosažení tohoto cíle.
Školitel: Veselý Pavel, MUDr., CSc.
Nanocomposites containing graphene sheets are already available and are used for various applications. The objective of the work will be using these nanocomposites with graphene or its oxide, material characterization in terms of electron processes with a focus on applications in electronics and sensing.
Školitel: Hubálek Jaromír, prof. Ing., Ph.D.
In the study plasmonice nanostructures of novel materials (for instance graphene) for detection of adsorbed complex (bio)molecules by FT IR spectroscopy will be used. Instead of relying on classical spectral shifts of localized surtface plasmon polaritons, the „finger prints“ of the molecules in optical spectra enhanced by plasmonic effects will be detected. Here, particularly, tunability of plasmon resonance properties of the nanostructures will be utilized.
Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.
Magnetic materials constitute highly tunable material systems that have been associated with a wide range of new scientific discoveries. Coupled order parameters in complex phase-transition materials can be controlled using various driving forces such as temperature, magnetic and electric field, strain, spin-polarized currents and optical pulses. Tuning the material properties to achieve efficient transitions would enable fast and low-power electronic devices and novel functionality at nanometer length scales. The Ph.D. candidate will explore the first-order magnetic phase transition in materials that have been subjected to strong spatial confinement and design new functional systems by assembling individual structures with well controlled properties into 2D and 3D arrays forming magnetic materials with tuneable properties. The Ph.D. candidate will be involved in the deposition of materials, advanced characterization, and lithography of nanostructures. Magnetic imaging (scanning Kerr microscopy, magnetic force microscopy, scanning electron microscopy with polarization analysis, x-ray and photoemission electron microscopy), structural imaging (low energy electron microscopy, electron backscatter diffraction), and magnetometry will be employed to tackle the project objectives.
Školitel: Kalousek Radek, doc. Ing., Ph.D.
Použití železného materiálu pro léčbu kostní zlomeniny bylo limitováno jeho vysokou hustotou a modulem pružnosti ve srovnání s kostí. Naopak, použití trikalciového fosfátu (TCP), keramiky, která podporuje hojení kosti, je limitované kvůli jeho přirozené křehkosti. Výroba kompozitu TCP a železa ukázala, že pevnost kompozitu byla výrazně vyšší než u samotných jeho komponent. Navíc, pevnost kompozitu je podobná jako u titanových sloučenin, které jsou považovány za léčebný standard. Cílem prezentovaného projektu je studium lomového mechanismu nového železo-trikalcium fosfátového kompozitu vyrobeného pomocí jiskrového plasmatického spékání. Budou studovány dvě odlišné zatěžovací podmínky, tah a tlak. Několik technik bude kombinováno k popisu vnitřní struktury vzorku. Například rentgenová počítačová tomografie bude použita pro popis distribuce fáze v kompozitu a jeho chovaní po deformaci. Elektronová mikroskopie a také metalografické metody budou použity pro lomovou analýzu. Po definování lomového mechanismu bude v druhé fázi projektu určen vliv degradace v simulovaných fyziologických podmínkách. S tímto projektem bude dosaženo velkého kroku vpřed v porozumění mechanického chování nové skupiny bio materiálů pro léčbu kostních zlomenin, zároveň budou položeny základy návrhu a funkce ortopedických implantátů.
Nowadays complicated spektroskopy methods are miniaturized. Whole systems are integrated to small device using MEMS technologies. The aim of the work is finding new approchaes in integration ot these systems by micro- and nano-technologies.
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.
For detailed info please contact the supervisor.
Vzhledem k malé velikosti zrn obsahují nanostrukturní materiály velké množství rozhraní v porovnání s obyčejnými materiály. Velký podíl rozhraní pak dává za vznik specifickým vlastnostem takových materiálů, jako jsou například zlepšení pevnosti a zároveň tvářitelnosti. Funkcionalita a stabilita nanostrukturních materiálů je pak silně zavislá na pohyblivosti rozhraní. Cílem tohoto tématu je studium atomárních mechanismů pohybu rozhraní pomocí počítačového modelování.
Školitel: Ostapovets Andriy, Ph.D., Mgr.
Oxides form the basic component of many functional systems, e.g., catalysts. The model oxide surface can be prepared using pulsed laser deposition and analyzed in-situ. Within the Ph.D. study, the electron microscopies (SEM, LEEM) and electron spectroscopies (XPS, UPS, AR-PES, AES) will be used to determine properties of complex oxide surfaces and to monitor the evolution of the systems comprising metal atoms, organic molecules and nanoparticles on oxide surface. (For detailed info please contact the supervisor.)
For more details please contact the supervisor.
The study will focus on application of different imaging and spectroscopy techniques (HRTEM, diffraction, EDX+EELS, Lorenz microscopy) available in the Titan high- ŕesolution transmission electron microscope (HR TEM) at the CEITEC Nano research infrastructure for analysis of nanostructures with special attention to semiconductor nanowires and their thorough analysis.
Cílem práce je příprava, modifikace a charakterizace různých typů nanouhlíkových materiálů (grafen, grafen oxid, MWCNT). Připravené nanouhlíkové materiály budou testovány pro možné využití jako pracovní elektrody nebo biosenzory, nebo jako materiály pro odstranění těžkých kovů z kontaminovaných vod.
Školitel: Kopel Pavel, prof. RNDr., Ph.D.
Téma disertační práce náleží do oblasti výzkumu a vývoje objemových pokročilých materiálů a povrchových úprav s potenciálním využitím v leteckém průmyslu a energetice. V práci bude za pomoci technologií vysokoenergetického kulového mletí a/nebo žárového nástřiku řešena problematika přípravy nových práškových kompozitních materiálů na bázi molybdenu dopovaného keramickými nanočásticemi, jejich slinování či nástřik do podoby objemového kompozitního materiálu nebo povlaku, a zkoušení jejich vlastností a strukturní stability za středních a vysokých teplot. Výsledky práce budou porovnány s v současnosti využívanými materiály pro vysokoteplotní aplikace v letectví.
Školitel: Čelko Ladislav, doc. Ing., Ph.D.
Studium rozhraní materiálů má zásadní význam pro několik vědních oblastí. Například v kompozitních materiálech kvalita rozhraní definuje pevnost materiálu. V endodoncii je požadován přiléhavý kontakt mezi výplňovým materiálem kořene a vnitřní stěnou zubu, aby se předešlo opětovné infekci. V ortopedii je úspěch kostního implantátu vztažen k prorůstání nové kosti na povrchu implantátu. Tudíž, studium spojení materiálů má velký impakt na návrh a vylepšení pokročilých materiálů pro tyto a další aplikace. Nicméně, dostupné metody pro charakterizaci fází jsou aktuálně limitovány 2D analýzami jako optická či elektronová mikroskopie. Ačkoliv tyto metody poskytují přehled daného systému, většina informaci je ztracena a vzorek musí být běžně uříznut. Cílem tohoto projektu je vývoj výpočetního algoritmu, který umožní studium rozhraní materiálů ve 3D použitím rentgenové počítačové tomografie (µCT). µCT je nedestruktivní měřicí technika umožňující 3D vizualizaci vnitřní struktury materiálu s vysokým rozlišením. Algoritmus by měl využívat µCT dat ke kvantifikaci kontaktní plochy mezi dvěma nebo více rozhraními s respektem k opakovatelnosti a přesnosti měření. Dále by měly být diskutovány výhody a nevýhody nové 3D analyzační metody oproti klasickým 2D technikám. V rámci projektu bude vyvinuto uživatelsky příjemné rozhraní, kde budou integrovány nástroje pro charakterizaci vnitřní struktury (tj. porozita, distribuce velikosti pórů, morfologie póru, apod.). Potenciál nové metody bude validován ve třech různých situacích 1) určení optimálních podmínek zpracování pro infiltraci tekutých kovů v pórovité keramické struktuře, 2) studium výplňového materiálu kořene zubu pro endodontické aplikace a 3) integrace kostních implantátů.
Školitel: Zikmund Tomáš, doc. Ing., Ph.D.
Magnetic materials have played a major role in the research and development in the last decades. Currently, further advances in the knowledge of magnetic materials are mainly driven by the studies of magnetization dynamics and alternative control of magnetic states with the least energy possible. The Ph.D. candidate will investigate the effect of spatial confinement on the properties of materials featuring the first-order metamagnetic transition from an antiferromagnetic to a ferromagnetic phase. Furthermore, the possibility of controlling the phase transition by a variety of driving forces, electric current, strain, and optical pulses will be studied in detail. The Ph.D. candidate will be involved in the deposition of materials, advanced characterization, and lithography of nanostructures. Magnetic imaging (scanning Kerr microscopy, magnetic force microscopy, scanning electron microscopy with polarization analysis, x-ray and photoemission electron microscopy), structural imaging (low energy electron microscopy, electron backscatter diffraction), and electrical transport measurements will be employed to tackle the project objectives.
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: Dub Petr, prof. RNDr., CSc.
The topic is focused on research in the field of numerical image reconstruction in coherence-controlled holographic microscope. The work will aim at achievement of the best resolution of the microscope and at detailed investigation of possibilities of imaging 3D objects. We assume to utilize the discrimination properties of low-coherence light (“coherence gate”), the methods of a complex-field deconvolution, and numerical refocusing methods. The work will be directed especially to biological samples imaging. Requirements: - knowledge in field of optics corresponding to undergraduate courses - basic ability to write computer code, preferably in Matlab
Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.
Díky stále většímu podílu polymerních materiálů určených pro dlouhodobé aplikace je proces pomalého růstu creepové trhliny jedním z významných výzkumných témat. Proto hlavním cílem této práce je relevatní popis šíření creepové trhliny v polymerních materiálech při komplexním mechanickém namáhání s uvážením residuálních napětí. Creepová trhlina je popsána lomovými parametry a na základě numerického výpočtu je určena zbytková životnost polymerní součásti. Výsledky numerických simulací budou v projektu konfrontovány s experimentálními daty v rámci spolupráce s Polymer Competence Center Leoben (PCCL) a Polymer Institute Brno.
Školitel: Hutař Pavel, prof. Ing., Ph.D.
Většinou se únavové šíření trhliny popisují pomocí Parisova-Erdoganova vztahu mezi rychlostí šíření únavové trhliny a faktorem intenzity napětí. V případě krátkých trhlin se tento popis nedá použít, protože vliv plasticity, mikrostruktury a třeba volného povrchu, které běžně Parisův-Erdoganův vztahu nezahrnuje je poměrně velký. Cílem práce je na základě kombinace numerického modelování v softwaru ANSYS a vlastních experimentálních dat najít možnosti popisu krátkých únavových trhlin pomocí vhodných lomových parametrů a odseparovat od sebe jednotlivé vlivy.
Fabrication and characterization of nanostructured III-V semiconductor materials ( e.g. GaN, AlN, InN,....). These nanostructures (ultrathin films, nanocrystals and nanowires) will be grown by atom/ion beams and other methods. Characterization of their growth modes, composition and structure will be carried out using SPM, XPS, LEEM, SEM, TEM and other techniques. The results of this investigation will be used as a feedback for improvement of photoluminescence, cathodoluminiscence and other functional properties of nanostructures.
Smyslem práce je příprava série kvantových teček na bázi chalkogenidů, u nichž bude vhodnou volbou dopantu na bázi iontů kovů dosaženo pro dané složení charakteristického elektrochemického signálu. Takto syntetizované kvantové tečky budou využity pro konstrukci vysoce selektivních značek určených pro elektrochemickou detekci biomolekul.
Biodegradabilní kolagenové struktury osazené kmenovými buňkami nebo jinými diferenciovanými buňkami můžou sloužit jako vstřebatelné implantáty pro regeneraci tkáně (tj. kůže, chrupavka nebo kost). Rentgenová počítačová mikrotomografie (μCT) se zdá být novou metodou pro nedestruktivní sledování morfologie těchto struktur s buňkami v celém objemu vzorku a také pro určení porozity, velikosti pórů a kontaktní plochy buněk s povrchem polymerní matrice. μCT systémy jsou široce používané ve vědeckém výzkumu a průmyslových aplikacích. Laboratorní Dnešní CT systémy, které můžou dosáhnout rozlišení až 1 μm, jsou jednoduše dostupné v laboratorním prostředí. Potenciál těchto systému je často podceňován především pro biologické/biomedicínské vzorky, které často potřebují využít fázového kontrastu pro 3D vizualizaci, která byla dříve možná pouze na systému se synchrotronovým zdrojem. Cílem disertační práce je 3D zobrazení polymerních materiálů použitím rentgenové počítačové nanotomografie. Toto mezioborové téma obsahuje použití fázového kontrastního zobrazení, optimalizace barvících technik pro různé cíle vizualizace a zpracování obrazu. V rámci této práce je nutné stanovit standardní metody pro interpretaci a charakterizaci 3D dat. Navíc, bude nutné provést korelaci μCT data s 2D zobrazovacími metodami jako např. Elektronovou mikroskopií. μCT měření je plánováno realizovat na přístroji Rigaku Nano3DX, unikátní zařízení které umožňuje fázově kontrastní zobrazení a rozlišení pod 1 μm.
Rentgenová počítačová tomografie (CT) je technologie, která umožňuje zobrazit objekty 3D včetně její vnitřní struktury. Toho se využívá i v biologických aplikacích, kdy je možné zobrazit vzorek nedestruktivně s rozlišením v řádech mikrometrů. Zobrazení měkkých tkání laboratorních zvířat je jeden z klíčových úkolů biologů. Pro tyto účely se využívá různých barvících technik, jejichž vývoj je aktuální výzkumným tématem.
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.
Školitel: Petráček Jiří, prof. RNDr., Dr.
Cílem práce je stanovení parametrů pastí v izolační vrstvě struktur HFET/HEMT na základě analýzy jejich šumových charakteristik, zejména šumu typu RTS (random telegraph noise). Experimentální část práce spočívá v měření teplotní závislosti šumu pomocí heliového kryostatu a studiu amplitudy a střední doby zachycení a emise jako funkce intenzity pole a koncentrace nosičů náboje v kanálu. Tyto výsledky pak budou použity pro zpřesnění generačně-rekombinačního modelu vzniku šumu a lokalizaci pastí.
Školitel: Pavelka Jan, doc. Mgr., CSc. Ph.D.
Technika spektrometrie laserem indukovaného mikroplazmatu (LIBS) využívá intenzivní záření vytvořené fokusováním laserového svazku z pulzního laseru na generaci svítící mikroplazmy (z pevných, kapalných nebo plynných vzorků) v ohniskové vzdálenosti fokusující čočky. Složení plasmy odpovídá složení analyzovaného materiálu. Detekční limity metody se pohybují od desítek ppm. Jako příklad z oblastí aplikací LIBS může být uvedena kontrola kvality materiálů a svarů v případě kovových konstrukcí nebo oblast monitorování životního prostředí. LIBS aparaturu lze vybudovat jako mobilní a přizpůsobit ji daným aplikacím. Cílem disertační práce je využití metody LIBS a jejích modifikací pro prvkové mapování různých pevnolátkových vzorků
Spektrálně rozlišené kvantitativní fázové zobrazení (QPI) může být dosaženo díky achromatické konstrukci koherencí řízeného holografického mikroskopu (CCHM). Tímto způsobem lze získat informaci o spektrální závislosti indexu lomu předmětu. Cílem práce bude návrh a experimentální ověření metody spektrálně rozlišeného QPI pomocí CCHM zvláště pro zobrazování biologických vzorků. Požadavky: znalosti optiky na úrovni základního vysokoškolského kurzu, základní schopnost programování, přednostně v Matlab.
Molecular self-assembly at surfaces is a technique for preparation of nanostructures with atomic precision with future prospects for molecular electronics, heterogeneous catalysis, and molecular templates among other topics. The research within the Ph.D. study aims at the understanding of self-assembly phenomena of complex systems at metal and graphene surfaces. The later surface offers the interesting possibility to alter the self-assembly process and the functional properties of prepared nanostructures by external means, i.e., the gate voltage. (For detailed info please contact the supervisor.)
Téma doktorské práce je zaměřeno na studium chování tepelných bariér při termomechanickém cyklickém namáhání. Pro studium, metalografické a frakrografické hodnocení bude také využito dostupných metod používaných v současném materiálovém inženýrství.
Školitel: Podrábský Tomáš, prof. Ing., CSc.
Fyzikální procesy probíhající v látkách jsou povahy stochastické vzhledem k částicovému charakteru látek, a makroskopicky se projevují fluktuacemi měřitelných veličin neboli šumem. Při experimentálním studiu či jakémkoliv obyčejném měření se zpravidla monitoruje pouze střední hodnota měřitelné veličiny, nicméně díky analýze fluktuací měřených veličin pomocí statistických charakteristik vyšších řádů můžeme získat v některých případech další informace o jednotlivých procesech probíhajících uvnitř elektrické struktury. Cílem práce je studie transportu náboje a fluktuačních procesů na rozhraní elektroda a elektrolyt. Praktickým výsledkem je vytvoření fyzikálních a elektrických modelů na základě experimentální studie ampérometrických senzorů plynu.
Školitel: Sedlák Petr, doc. Ing., Ph.D.
Cílem práce je návrh metodiky pro odhad životnosti superkondenzátorů tak, aby bylo možné dosáhnout garantované provozní doby 10 let pro aplikace v satelitních systémech. Metodika bude založena na: 1) Analýze transportu náboje a závislosti kapacity na napětí a frekvenci pro superkondenzátory s kapacitou 1 až 100 F. 2) Analýze časových závislostí při nabíjení superkondenzátoru ze zdroje konstantního proudu respektive konstantního napětí. 3) Analýze samovybíjení superkondenzátoru. 4) Měření kapacity Helmholtzovy vrstvy a difuzní vrstvy v kondenzátoru.
Školitel: Sedláková Vlasta, doc. Ing., Ph.D.
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.
Při mechanickém zatěžování pevných látek dochází ke vzniku elektromagnetické emise (EME). V přírodních podmínkách lze sledovat EME v souvislosti s tektonickými procesy, redistribucí mechanického napětí a šířením trhlin před zemětřesením nebo v souvislosti s gravitačními pohyby hornin. EME lze měřit různými typy antén a na základě tohoto měření je možné provádět sledování výše uvedených jevů. Cílem práce bude rozpracování metodiky pro měření a zpracování signálů EME pro využití při predikci zemětřesení a dalších vybraných jevů a případně i pro rozlišení jednotlivých typů těchto jevů. K tomuto účelu bude prováděno dlouhodobé měření EME v jeskyních v České republice a v Alpách v Rakousku a získané výsledky budou korelovány s výsledky dalších metod využívaných v geologii. Důležitou součástí práce bude provedení rozboru vzniku a šíření EME ve sledovaných materiálech a návrh a ověření pokročilých metod pro zpracování a vyhodnocení měřených signálů. Doktorand bude během své výzkumné práce zapojen do vědeckovýzkumné spolupráce s Ústavem struktury a mechaniky hornin AV ČR, v.v.i. a s Department of Geology, Naturhistorisches Museum Wien, Rakousko.
Školitel: Koktavý Pavel, prof. Ing., CSc. Ph.D.
Školitel: Průša Stanislav, doc. Ing., Ph.D.
Školitel: Varga Peter, prof. Dr., dr. h. c.
Školitel: Kolman Pavel, Ing., Ph.D.
Student se naučí základní principy polymerázové řetězové reakce (PCR) v reálném čase a její variantu zvanou digitální (dPCR), její vlastnosti a výhody oproti běžné PCR. Student navrhne a vyrobí křemíkový čip pro dPCR s dělením původního vzorku do minimálně 106 malých vzorků. Student na v podstatě dvě hlavní úlohy: navrhnout a sestavit systém na dPCR a dále předvést že pomocí dPCR je možné identifikovat přítomnost vzácných DNA ve vzorku na pozadí jiného DNA s koncentrací minimálně 105 krát větší.
Školitel: Neužil Pavel, prof. Ing., Dr., DSc.
Opportunity of an objective evaluation of behavior of live cells freshly transferred from a tumor into in vitro primary culture has been offered by competence of Coherence Controlled Holographic Microscope (CCHM) in the make of Multimodal Holographic Microscope T1 (MHM, Tescan) for the task. CCHM Quantitative Phase Imaging (QPI) provides non-invasive cell mass measurements and due to coherence gate effect also in turbid media. Importance of analysis of patterns of motility/migration and growth of various cell types in mixed primary culture is currently emerging from collaboration with clinical surgeons operating on cancer. Assessment of cancer cells' behavior manifested in these conditions will contribute to individual tumor prognosis. Also appraisal of cell resistance/sensitivity to available therapeutic options should contribute to the optimization of the therapy plan. The work will consist of understanding primary cancer cell cultivation, mastering operation of CCHM while doing biological experiment and current standard valuation of cell behavior. To this basics there will be the task of adding elaboration/invention of mathematical description of cell activities comprised in the series of time-lapse images from these observations. Such method then will enable comparisons among various types of cancer cells and will lead to an innovation in the classification of the cancer cell malignancy.