detail oboru

Chemie, technologie a vlastnosti materiálů

FCHZkratka: DPCO_CHM_4Ak. rok: 2017/2018Zaměření: -

Program: Chemie, technologie a vlastnosti materiálů

Délka studia: 4 roky

Akreditace od: 30.4.2012Akreditace do: 31.5.2024

Profil oboru

Cílem studia je vychovat odborníky v oblasti materiálového inženýrství a inženýrských technologií s důrazem na chemické procesy a vlastnosti materiálů. Do studia jsou zahrnuty také základy testovacích a měřících metod, aby absolventi byli schopni pracovat nejen jako vedoucí technologických týmů v chemických provozech, ale také v základním a aplikovaném výzkumu, ve výzkumných a vývojových ústavech zabývajících se testováním fyzikálněchemických charakteristik látek a v podnicích specializovaných na výrobu nových perspektivních materiálů. K tomu jsou také směrovány tuzemské a zahraniční stáže. Zařazením praktických cvičení doktorandi získávají základní zkušenosti s kontakty se studenty, což jim v budoucnu umožní zařadit se i do procesu výuky na vysokých a středních školách.

Klíčové výsledky učení

Absolvent DSP Chemie technologie a vlastnosti materiálů je schopen samostatně formulovat vědecký problém, navrhnout hypotézu k jeho řešení a provést experimentální či teoretické pokusy k jejímu potvrzení. Nedílnou součástí základních znalostí absolventa DSP je schopnost kritického posouzení publikovaných vědeckých informací a schopnost vyjadřovat se písemně v anglickém jazyce.

Profesní profil absolventů s příklady

Absolventi oboru Chemie, technologie a vlastnosti materiálů jsou vybaveni jak experimentálními tak teoretickými znalostmi z oblasti materiálových struktur a jejich vlastností. Ovládají řadu metod pro charakterizaci materiálů a to nejen v rovině teoretického popisu, ale jsou seznámeni také s praktikami jejich využití v praxi (řadu informací získají mj. také během stáží na zahraničních univerzitách). Pobyty jim umožňují také rozšířit jazykové znalosti. Teoretické základy oboru získají v rámci vhodně zvolených studijních předmětů. Absolventi mají též zkušenosti v oblasti předávání informací a prezentacích výsledků na konferencích a odborných seminářích, nejen v českém, ale i anglickém jazyce. Doktorandi jsou vedeni také k samostatnému tvůrčímu myšlení a technologické předvídavosti, což jim umožní řešit i technologické problémy v řadě provozů. Vzhledem k tomu, že studijní obor „Chemie, technologie a vlastnosti materiálů“ je moderně koncipovaným oborem doktorského studia, který vychází ze současného stavu a potřeb chemického, elektronického a spotřebního průmyslu, jsou absolventi způsobilí pracovat jak v průmyslové sféře, tak oblastech
aplikovaného a základního výzkumu. Je nutné zmínit, že absolvent studijního oboru má také základní znalosti z chemie a fyziky. Všeobecný základ je rozšířen o speciální obory, které
zahrnují, např. pokroky chemie a fyziky, nanotechnologie, využívání sekundárních surovin, bioinženýrství a využití chemických a fyzikálních zákonů v oblasti anorganických a organických sloučenin.

Vstupní požadavky

Podmínkou přijetí ke studiu je řádné ukončení magisterského studijního programu chemického nebo příbuzného oboru. Základními předpoklady k přijetí jsou: zájem a schopnosti k vědecké práci, motivace (vyjádřená v motivačním dopise), znalost anglického jazyka a velmi dobré studijní výsledky dosažené v magisterském studijním programu (průměr známek ze všech složených zkoušek zpravidla nepřevýší 2,0). Kladně je hodnocena předchozí vědecká aktivita (publikační a jiné výstupy odborné práce, účast na studentské konferenci apod.). Student se přihlásí na téma navržené školitelem oboru před přijímacím řízením. Pokud se na jedno téma přihlásí více uchazečů, může školitel modifikovat dílčí témata nebo nabídnout uchazeči jiné téma (jiného školitele). Vstupní požadavky a podmínky pro přijetí včetně počtu přijímaných studentů jsou podrobně specifikovány v relevantní směrnici děkana, která je každoročně aktualizována. Směrnice je dostupná na webových stránkách fakulty v sekci Vnitřní předpisy.

Garant programu

Vypsaná témata doktorského studijního programu

  1. Cihelné odpady a jejich využití

    Studium vlastností různých druhů cihelných odpadů především z výroby pálených cihel a jejich aplikovatelnosti v maltovinách.

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

  2. Funkční hybridní nanostruktury

    Přesná syntéza materiálů a zařízení se složitou strukturou a vlastnostmi šitými na míru je předpokladem pro vývoj nové generace výrobků na bázi nanotechnologií. Současné mokré chemické technologie nejsou pro tuto syntézu dostatečně precizní a jimi připravené materiály obsahují četné nedokonalosti na atomární úrovni. Použití postupu „bottom-up“, kde jsou jako stavební prvky využity malé fragmenty molekul nebo přímo jednotlivé atomy, je atraktivním přístupem pro syntézu velice složitých a přesto dobře definovaných materiálových struktur. Příprava hybridních organicko-anorganických nanostruktur s řízenými fyzikálními a chemickými vlastnostmi je příkladem těchto vysoce sofistikovaných materiálů. V práci bude pro syntézu těchto hybridních nanostruktur využita plazmová nanotechnologie pracující se specifickou interakcí volných radikálů ve formě neutrálů a negativních iontů, které umožní řízenou konstrukci materiálu s požadovanými vlastnostmi na bázi atomárních procesů. Vývoj funkčních hybridních nanostruktur bude směřován pro řízenou mezifázi v polymerních kompozitech. Modelová a experimentální data naznačují, že pro takové hybridní organicko-anorganické systémy je třeba vyvinout nanostrukturované materiály s řízenými mechanickými vlastnostmi, kde modul pružnosti se mění v rozmezí až dvou řádů (10^0-10^2 GPa) na rozměrové škále menší než 100 nm. Přitom syntéza musí umožnit simultánní změnu charakteru materiálu z organické fáze na fázi anorganickou. Cílem je tedy studie proveditelnosti přípravy těchto hybridních nanostruktur pomocí plazmové nanotechnologie a způsoby analýzy jejich vlastností. Tyto hybridní nanostruktury mají rozsáhlý aplikační potenciál a bude možné je vyvíjet pro specifické hybridní systémy jak nanoskopické, tak i makroskopické.

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

  3. Materiály pro fotonické aplikace

    Práce je zaměřena na studium vztahu mezi strukturou materiálů a optickými a optoelektrickými vlastnostmi. Mezi studované vlastnosti bude patřit absorpce, kvantový výtěžek a doba života fluorescence, elektrická vodivost, fotogenerace, transport a rekombinace nosičů náboje. Bude využito jak optické spektroskopie (absorpce, fluorescence, kvantové výtěžky fluorescence apod.), tak elektrické a optoelektrické charakterizace. Náplní práce bude i příprava a charakterizace funkčních součástek ve formě tenkých vrstev.

    Školitel: Vala Martin, doc. Mgr., Ph.D.

  4. Mechanická aktivace chemických reakcí na fázových rozhraních

    Studium chemických reakcí indukovaných mechanickou aktivací (třením) na fázových rozhraních se zaměřením na rozhraní polymer-cement pomocí XPS.

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

  5. Nové materiály pro bioelektronická zařízení a senzory

    Náplní práce je příprava a studium vlastností nových materiálů vhodných pro aplikaci v organických bioelektronických zařízeních a senzorech. V průběhu práce budou na základě studovaných materiálů připraveny modelové bioelektronické zařízení pro detekci a stimulaci fyziologických funkcí organismů.

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

  6. Nové materiály pro bioelektronická zařízení a senzory

    Náplní práce je příprava a studium vlastností nových materiálů vhodných pro aplikaci v organických bioelektronických zařízeních a senzorech. V průběhu práce budou na základě studovaných materiálů připraveny modelové bioelektronické zařízení pro detekci a stimulaci fyziologických funkcí organismů.

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

  7. Nové materiály pro bioelektronická zařízení a senzory

    Náplní práce je příprava a studium vlastností nových materiálů vhodných pro aplikaci v organických bioelektronických zařízeních a senzorech. V průběhu práce budou na základě studovaných materiálů připraveny modelové bioelektronické zařízení pro detekci a stimulaci fyziologických funkcí organismů.

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

  8. Nové materiály pro organickou elektroniku a fotoniku

    Náplní práce je příprava a studium vlastností nových materiálů na bázi organických polovodičů. Práce je zaměřena především na studium optických a elektrických vlastností nových materiálů ve vztahu k jejich molekulární struktuře. Cílem je připravit materiály s optimalizovanými vlastnostmi pro konkrétní aplikace v organické elektronice a fotonice jako jsou například solární články nebo organické tranzistory.

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

  9. Optické vlastnosti tenkých vrstev plazmových polymerů

    Studovaným materiálem bude amorfní materiál a-C:H, a-SiC:H a a-SiOC:H ve formě tenkých vrstev, které budou připraveny plazmovou polymerací. Student se podrobně seznámí s fázově modulovanou spektroskopickou elipsometrií, která bude využita ke studiu optických vlastností vrstev. V počáteční fázi studia budou sledovány optické vlastnosti jednotlivých vrstev, poté bude studium zaměřeno na složitější vrstevnaté a gradientní struktury. Tloušťka individuálních vrstev ve vrstevnatých systémech bude postupně snižována pod 100 nm. Studovány budou disperzní křivky indexu lomu a extinkčního koeficientu v souvislosti s chemickými vlastnostmi a strukturou vrstev. Elipsometrie bude rovněž využita pro studium kinetiky růstu vrstev. Bude hledána souvislost mezi optickými vlastnostmi vrstvy a její tloušťkou. Analýzy tenkých vrstev a vrstevnatých struktur pomocí elipsometrických měření a modelové simulace umožní stanovit limity pro rozlišení individuálních vrstev ve vrstevnatých strukturách. Získané poznatky umožní konstrukci sofistikovaných optických a optoelektronických zařízení. Student bude zapojen do týmu pracovníků v rámci řešení odborného projektu; mimořádné finanční odměny podle výsledků; účast na zahraničních konferencích a stážích podle dosažených výsledků.

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

  10. Organické materiály s nelineárně optickými vlastnostmi

    Práce je zaměřena na studium vztahu mezi molekulární strukturou a nelineárně optickými vlastnostmi, zejména na multi-fotonovou absorpci. Mezi studované vlastnosti bude patřit absorpce, kvantový výtěžek a doba života fluorescence a dále pak určení multi-fotonového absorpčního průřezu a spekter. Bude využito jak ustálené optické spektroskopie (absorpce, fluorescence, kvantové výtěžky fluorescence apod.), tak časově rozlišených optických metod (fluorescence, transientní absorpce, atd.). Náplní práce bude i studium vlastností látek pro použití v multi-fotonové mikroskopii a 3D tisku pomocí laserové aparatury.

    Školitel: Vala Martin, doc. Mgr., Ph.D.

  11. Polymerní kompozity bez rozhraní

    Mezifáze v polymerních kompozitech, která obsahuje relativně ostrá rozhraní mezi fázemi, výrazně snižuje užitné vlastnosti těchto materiálů. Vycházíme z naší koncepce polymerních kompozitů bez rozhraní (inspirovaných přírodními materiály), kde je gradientní mezivrstva mezi výztuží a polymerní matricí navržena tak, aby chemické a fyzikální vlastnosti výztuže spojitě přecházely v chemické a fyzikální vlastnosti matrice. Modelové simulace s gradientní mezivrstvou umožňují navrhnout průběh mechanických vlastností mezivrstvy tak, aby byla simultánně zvýšena jak pevnost, tak i houževnatost výsledného kompozitu. Navržené gradientní mezivrstvy lze realizovat pomocí plazmochemické depozice z plynné fáze s časově závislými depozičními podmínkami, přičemž lze řídit adhezi této mezivrstvy na rozhraní s výztuží a matricí. Studie bude zaměřena na využití nově vyvinuté technologické aparatury určené pro přípravu gradientních mezivrstev a jejich aplikaci na vláknové výztuže pro polymerní kompozity. Součástí studie bude rozsáhlá analýza chemických a fyzikálních vlastností mezivrstev a jejich uplatnění ve vlákny vyztužených kompozitech. Jde o úkol zcela prestižního významu. Získané výsledky a zkušenosti umožní povýšit užitné vlastnosti polymerních kompozitů do zcela nové úrovně inteligentních materiálů. Student bude zapojen do týmu pracovníků v rámci řešení odborného projektu; mimořádné finanční odměny podle výsledků; účast na zahraničních konferencích a stážích podle dosažených výsledků.

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

  12. Separace polutantů vzdušin

    Práce bude zaměřena na technologické možnosti zlepšování stavu kvality ovzduší separací vybraných polutantů. Pozornost práce se soustředí na aktuálně nejbolavější parametry kvality vzduchu, kterými jsou dnes především vysoce překračované limity obsahu ultrajemných polétavých částic prachu a aerosolů ve vzduchu a obsah některých plynných kontaminantů. Experimentální část práce vybraného segmentu separací bude prováděna na separátoru poloprovozní velikosti.

    Školitel: Svěrák Tomáš, prof. Ing., CSc.

  13. Separace polutantů vzdušin

    Práce bude zaměřena na technologické možnosti zlepšování stavu kvality ovzduší separací vybraných polutantů. Pozornost práce se soustředí na aktuálně nejbolavější parametry kvality vzduchu, kterými jsou dnes především vysoce překračované limity obsahu ultrajemných polétavých částic prachu a aerosolů ve vzduchu a obsah některých plynných kontaminantů. Experimentální část práce vybraného segmentu separací bude prováděna na separátoru poloprovozní velikosti.

    Školitel: Svěrák Tomáš, prof. Ing., CSc.

  14. Sférické anhydritové částice pro samonivelační podlahové aplikace

    Příprava a charakterizace sférických částic z energosádrovce a jejich aplikace v samonivelačních stěrkách.

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

  15. Studium optických a interferenčních jevů na tenkovrstvých strukturu s oxidy grafenu

    Práce bude zaměřena na studium vlastností povrchů tenkých vrstev používaných při přípravě tenkovrstvých struktur s vrstvami oxidu grafenu.

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

  16. Studium tvorby nálepků v cementářských rotačních pecích

    Práce se bude zabývat studiem tvorby nálepků v cementářských rotačních pecích, vzniklé nálepky postupně zužují průměr pece v místě vzniku, až dojde k úplnému zaplnění a následné odstávce pece. V průběhu práce bude kladen důraz na analýzu vstupních cementářských mouček, vytvořených nálepků, vyzdívek pecí v místě tvorby nálepků a paliv. Na základě dat z analýz bude studován vznik, podmínky a kinetika vzniku nálepků. Dále se práce bude zabývat možnostmi, jak předejít tvorbě nálepků takovou metodou, kterou bylo možné na rotačních cementářských pecích využít.

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

  17. Studium vlastností tranzistorů na bázi iontových kapalin

    Práce se bude zabývat přípravou tranzistorů s iontovými kapalinami. Budou studovány optické, elektrické a dielektrické vlastnosti tenkovrstvých struktur připravených s různými intovými kapalinami.

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

  18. Těkavé látky v cementářské rotační peci

    Práce se bude zabývat studiem těkavých látek vyskytujících se při výrobě portlandského cementu v rotační peci a navazujících technologických částech. Důraz bude kladen na zdroje, systém cirkulace a možnosti jejich ovlivňování.

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

  19. Vysokopevnostní polymer-cementové kompozity

    Příprava, modifikace a charakterizace polymer-cementových (macrodefect-free) kompozitů se zvýšenou odolností proti vlhkosti.

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


Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

1. ročník, zimní semestr
KódNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DCO_MPMModerní přístupy v materiálových vědáchcs0zimníPovinně volitelnýdrzk1ano
1. ročník, celoroční semestr
KódNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DCO_FCHMFyzika a chemie materiálůcs0celoročníPovinnýdrzkano
DCO_FPDFotoindukované procesy v molekulárních materiálechcs0celoročníPovinně volitelnýdrzk1ano
DCO_KMKeramické materiálycs0celoročníPovinně volitelnýdrzk1ano
DCO_KOVKovové materiálycs0celoročníPovinně volitelnýdrzk1ano
DCO_MPMěření materiálových parametrůcs0celoročníPovinně volitelnýdrzk1ano
DCO_MMMolekulární materiálycs0celoročníPovinně volitelnýdrzk1ano
DCO_PMTPokročilé materiálové technologie a aplikacecs0celoročníPovinně volitelnýdrzk1ano
DCO_PTVPříprava a vlastnosti tenkých vrstev materiálůcs0celoročníPovinně volitelnýdrzk1ano
DCO_VSDVyužívání sekundárních surovincs0celoročníPovinně volitelnýdrzk1ano
MAA_BPABiopolymers Properties and Applications en0celoročníVolitelnýzkano