Detail oboru

Chemie, technologie a vlastnosti materiálů

FCHZkratka: DPCO_CHM_4Ak. rok: 2018/2019

Program: Chemie, technologie a vlastnosti materiálů

Délka studia: 4 roky

Akreditace od: 30.4.2012Akreditace do: 31.5.2024

Profil

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

Vypsaná témata doktorského studijního programu

  1. Alkalicky aktivovaná a hybridní pojiva

    Navrhování, příprava a následná fyzikální, chemická a strukturní charakterizace alkalicky aktivovaných pojiv a hybridních pojiv, tj. kombinovaných s portlandským cementem.

    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. 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.

  4. Nové organické materiály pro 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.

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

  5. Optimalizace kapalinových scrubberů

    Navrhnout reálné cesty zvýšení účinnosti kapalinových scrubberů používaných pro separaci plynných polutantů ze vzdušin

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

  6. 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.

  7. Procesy extrakce biopolymeru P3HB z biomasy a jejich optimalizace

    Práce se bude zabývat studiem a popisem procesu extrakce P3HB z biomasy a následně možnostmi jeho optimalizace s ohledem na výtěžek, čas, množství energie, čistotu polymeru a molekulovou hmotnost finálního produktu.

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

  8. RPC - Reactive Powder Concrete

    Vývoj speciálních cementových materiálů na bázi velmi jemných částic s optimalizovanou distribucí, které mohou dosahovat několikanásobně lepších užitných parametrů ve srovnání s konvenčními betony.

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

  9. RPC - Reactive Powder Concrete

    Vývoj speciálních cementových materiálů na bázi velmi jemných částic s optimalizovanou distribucí, které mohou dosahovat několikanásobně lepších užitných parametrů ve srovnání s konvenčními betony.

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

  10. Separace NOXů z atmosféry

    Navrhnout a realizovat funkční proces pro separace oxidů dusíku ze vzdušin na bázi membránového kontaktoru kapalina-plyn ve čtvrtprovozní velikosti

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

  11. Studium optických a interferenčních jevů na tenkovrstvých strukturách 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.

  12. Syntéza keramických materiálů

    x

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

  13. Tištěná organická elektronika pro biologické aplikace

    Navrhování, modelování a výroba elektronických obvodů na bázi tisknutelných biokompatibilních materiálů pro biosenzory a stimulátory projevů tkáňových kultur a mikroorganismů

    Školitel: Salyk Ota, doc. Ing., CSc.

  14. Vedlejší energetické produkty jako surovinová základna budoucnosti

    Možnost zpracování vedlejších energetických produktů je jednou z mnoha alternativ jak zajistit dostatek surovin pro průmysl i v budoucích letech. Drtivá většina těchto druhotných surovin především ze spalování hnědého a černého uhlí, je v současnosti deponována bez užitku. Vzhledem k chemickému a fázovému složení těchto zatím bez užitku deponovaných látek je velice pravděpodobné jejich zpracování a další průmyslové využití. Cílem této doktorské práce bude laboratorně otestovat možností separace jednotlivých surovin z těchto sekundárních materiálů. Bude se jednat zejména o sloučeniny s obsahem hliníku, železa a titanu. Okrajově bude provedena studie na získávání vzácných prvků. K práci bude použito fluidních i klasických vysokoteplotních popílků ze spalování hnědého uhlí.

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

  15. 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.

  16. Využití polycyklických nasycených systémů v syntéze pokročilých molekul pro organickou elektroniku

    Práce bude zaměřena na syntézu pokročilých molekul pro organickou elektroniku s využitím polycyklických nasycených systémů.

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


Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

1. ročník, zimní semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DC_CHIAChemické inženýrství pro materiálové aplikacecs0zimníPovinně volitelnýzkano
DCO_MPMModerní přístupy v materiálových vědáchcs0zimníPovinně volitelnýdrzk1ano
1. ročník, celoroční semestr
ZkratkaNázevJ.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
Všechny skupiny volitelných předmětů
Sk. Min. předmětů Předměty
1 1 DCO_MPM, DCO_FPD, DCO_KM, DCO_KOV, DCO_MP, DCO_MM, DCO_PMT, DCO_PTV, DCO_VSD