Detail oboru

Pokročilé materiály

CEITEC VUTZkratka: PMAk. rok: 2020/2021

Program: Pokročilé materiály a nanovědy

Délka studia: 4 roky

Akreditace od: 17.7.2012Akreditace do: 31.7.2020

Profil

Student absolvováním studia získává dostatečné odborné znalosti a dovednosti potřebné pro řešení různorodých vědeckých problémů na výzkumných a vývojových institucích a v průmyslové praxi. Absolvent je schopen na potřebné úrovni aplikovat odborné znalosti pro další rozvoj oboru na pracovištích svého dalšího působení (akademických a vědeckých institucích, a také institucích realizační oblasti) a přispět ke zlepšování konkurenceschopnosti výstupů výzkumné a aplikační oblasti těchto institucí. Koncepce studijního programu umožňuje studentům získat dostatečné kompetence pro spolupráci v národních a mezinárodních vývojových, konstrukčních a vědecko-výzkumných týmech. Absolvent oboru získává solidní schopnosti a dovednosti působit ve vědeckých a výzkumných centrech jak v České republice, tak i v zahraničí.

Profesní profil absolventů s příklady

Student absolvováním studia získává dostatečné odborné znalosti a dovednosti potřebné pro řešení různorodých vědeckých problémů na výzkumných a vývojových institucích a v průmyslové praxi. Absolvent je schopen na potřebné úrovni aplikovat odborné znalosti pro další rozvoj oboru na pracovištích svého dalšího působení (akademických a vědeckých institucích, a také institucích realizační oblasti) a přispět ke zlepšování konkurenceschopnosti výstupů výzkumné a aplikační oblasti těchto institucí. Koncepce studijního programu umožňuje studentům získat dostatečné kompetence pro spolupráci v národních a mezinárodních vývojových, konstrukčních a vědecko-výzkumných týmech. Absolvent oboru získává solidní schopnosti a dovednosti působit ve vědeckých a výzkumných centrech jak v České republice, tak i v zahraničí.

Vstupní požadavky

http://amn-phd.ceitec.cz/admission-step-by-step/

Garant

Vypsaná témata doktorského studijního programu

  1. Ukládání vodíku v Mg materiálech s různým stupněm krystalizace

    Vodík je velmi perspektivním a ekologickým palivem, které může přinést významné ekonomické a environmentální výhody. Hlavní překážkou pro budoucnost vodíkové technologie je však bezpečné a efektivní ukládání vodíku (HS). Ukazuje se, že jedno z možných řešení tohoto problému je HS v pevné fázi kovových materiálů (HSM). Avšak dosud zkoumané HSM nemají vlastnosti vhodné pro ukládání vodíku při nízkých teplotách a tlacích vyžadovaných pro technické aplikace. Pro zvýšení potenciálu HS pro reálné technické aplikace je rozhodující snížení termodynamické stability hydridické fáze. Jedním z možných způsobů ovlivnění termodynamické stability je cílená modifikace fázového a chemického složení výchozího HSM. Hlavní náplní tohoto tématu je experimentální studium HS vlastností modelových Mg slitin v různých stavech struktury od kriticky ochlazených nebo amorfních stavů ke krystalicky uspořádaným strukturám. Tyto materiály by mohly dosáhnout požadovaných HS vlastností i při nižších teplotách a tlacích. Výsledky by mohly ukázat nový směr vývoje nových HSM.

    Školitel: Král Lubomír, Ing., Ph.D.

  2. Adaptabilní konstrukční metamateriály

    Práce se bude zabývat výzkumem nízkohustotních konstrukčních materiálů vytvářených hierarchickým uspořádáváním stavebních bloků do předepsaných lokálních architektur poskytujících dosud nedosaženou kombinaci tuhosti, pevnosti, houževnatosti a odolnosti proti rázovému namáhání při nízké relativní hustotě a specifickém akustickém chování. Základními komponentami budou blokové kopolymery a jejich nanokompozity s řízenou prostorovou disperzí funkčních nanočástic.

    Školitel: Jančář Josef, prof. RNDr., CSc.

  3. Bioaktivní krytí ran

    Hlavním cílem práce je syntéza a modifikace přírodních polysacharidů s nalezením vhodných podmínek pro přípravu stabilních hydrogelů aplikovatelných jako krytí ran. Modifikace bude provedena bioaktivními látkami zajišťujícími jak antibakteriální, tak i zvýšený hojivý účinek výsledného hydrogelového krytí. Kromě chemicko-fyzikální charakterizace, budou hydrogely podrobeny i biologickému sledování biokompatibility a antibakteriální účinnosti.

    Školitel: Vojtová Lucy, doc. Ing., Ph.D.

  4. Biomateriály na bázi nanocelulózy

    Hlavním cílem práce je příprava a modifikace nanocelulózového přírodního materiálu s nalezením vhodných podmínek pro přípravu „inteligentních“ biomateriálů pro hojení ran. Modifikace bude provedena enzymy zajišťujícími biodegradaci nanocelulózy a tím i nastavení „doby života“ biomateriálu s ohledem na rychlost hojení rány. Kromě chemicko-fyzikální charakterizace, budou hydrogely podrobeny i enzymatické degradaci a biologickému sledování biokompatibility in vitro.

    Školitel: Vojtová Lucy, doc. Ing., Ph.D.

  5. Cyklická plasticita a mikrostrukturní změny u únavově zatěžovaných ultrajemnozrnných austenitických nerezavějících ocelí připravených metodou reverzního žíhání

    Pokročilé ultrajemnozrnné (UFG) materiály s průměrnou velikostí zrna pod 1 µm, vedoucí k výraznému zvýšeni mechanických charakteristik, již po delší dobu přitahují zaslouženou celosvětovou pozornost výzkumných týmů. Zjemnění velikosti zrna u kovových materiálů pomocí metod intenzivní plastické deformace (SPD) je v hledáčku výzkumu po mnoho dekád. Jak bylo opakovaně demonstrováno, těchto metod (obvykle ECAP nebo HPT) lze úspěšně využít pro výrobu materiálů s UFG strukturou v celém jeho objemu s výrazně zvýšenými mechanickými vlastnostmi. Zjemnění zrna pomocí technik SPD obecně vede ke zvýšení pevnostních charakteristik v podmínkách monotónního zatěžování a vysokocyklové únavy (HCF). U deformačně řízených únavových (LCF) zkoušek dochází v důsledku nízké tažnosti a mechanické a termální nestability takto získané UFG struktury naopak ke zhoršení únavových charakteristik. V případě metastabilních austenitických ocelí se jako vhodná alternativa a velice slibná technika zjemnění zrna a tudíž zpevnění materiálu jeví metoda tzv. reverzního žíhání. Toto speciální termomechanické zpracování (TMZ) je založeno na zpětné fázové transformaci deformačně indukovaného martenzitu vytvořeného předchozí deformací za studena na austenit. V závislosti na použitých podmínkách TMZ lze získat UFG strukturu nejen se zvýšenými pevnostními vlastnostmi ale rovněž i s výraznou tažností. Pozitivní vliv tohoto TMZ na vysokocyklové chování a mez únavy byl opakovaně dokumentován u různých typů metastabilních ocelí. Přestože je pro budoucí potenciální průmyslové a biologické aplikace znalost chování materiálu v podmínkách nízkocyklové únavy velmi důležitá, tyto studie nebyly doposud systematicky prováděny. Hlavním záměrem navrhovaného studia je podrobné studium cyklické plasticity a nízkocyklového chování metastabilní austenitické oceli 301LN s různou velikostí zrna v rozsahu několika stovek nanometrů až jednotek mikrometrů. Zjemnění zrna bude dosaženo volbou vhodných podmínek reverzního žíhání (teplota a čas) po předchozí deformaci za studena. Zkoušky nízkocyklové únavy (LCF) na vzorcích ve formě plechu budou provedeny v symetrickém tahu-tlaku za nízké rychlosti deformace. Pro všechny velikosti zrn bude stanovena cyklická napěťově-deformační odezva (křivky cyklického zpevnění/změkčení) materiálu a rovněž tak křivky únavové životnosti. Mikrostrukturní změny, mechanismy únavového poškozování a destabilizace původní austenitické struktury budou po ukončení únavových zkoušek charakterizovány pomocí feritoskopie a pokročilých mikroskopických metod (EBSD, SEM-FEG, FIB). Pro dokumentaci jemných rysů deformačních mechanismů bude využita mikroskopická technika TEM. Zjištěné mikrostrukturní změny budou porovnány a diskutovány s ohledem na napěťově-deformační odezvou a únavovou životnost materiálů s různou velikostí zrna s cílem definovat vliv zjemnění zrna na nízkocyklové únavové chování metastabilních austenitických ocelí.

    Školitel: Man Jiří, Ing., Ph.D.

  6. Dielektrické keramické materiály pro ukládání energie s vysokou hustotou

    Rychlé ukládání elektrické energie a její opětovné uvolňování je aktuální problém, který brání rozvoji elektro-mobility, inteligentních elektrických sítí a impulsních napájecích systémů. Použití dielektrických kondenzátorů umožňuje rychlé nabíjení a vybíjení ve srovnání s lithium-iontovými bateriemi a navíc tyto materiály vykazují vyšší cyklickou životnost. Jako ideální kandidáti se jeví kompozity typu keramika-keramika nebo keramika-polymer. Cílem tohoto Ph.D. studia je pomocí modulace nanostruktury v 3D (vznikem textury) zvýšit hustotu uložené energie, jejíž vysoká hodnota je nezbytná pro mobilní aplikace dielektrických kondenzátorů nové generace. Inovativní procesní postupy, jako jsou Spark Plasma Sintering a Freeze-casting, budou použity k dosažení unikátní mikrostruktury zkoumaných materiálů.

    Školitel: Salamon David, doc. Ing., Ph.D.

  7. Frikční kompozity – analýza jejich složení a degradace

    Moderní frikční kompozity používané v dopravě mají poměrně komplexní strukturu a skládají se z mnoha různých složek. Důvodem je složitost fyzikálních a chemických procesů během brzdění. Při něm dochází k degradaci materiálu a uvolňování částic do životního prostředí. Detailní studium těchto částic je kriticky důležité, protože se podílejí na znečištění převážně městského prostředí nejen znečištěním půdy v blízkosti dopravních tepen, ale i ohrožením našeho zdraví při jejich vdechování. Cílem navrhovaného studia bude posouzení vlivů různých degradačních procesů u frikčních materiálů (ohřev, vliv prostředí, solné roztoky), jejich detailní materiálová charakterizace a komplexní analýza částic uvolňovaných při brzdění.

    Školitel: Friák Martin, Mgr., Ph.D.

  8. Funkční aerogely pro lékařské aplikace

    Aerogely jsou materiály s kontrolovatelnými póry velikosti mikro nebo nano a vysokou porozitou, velkou měrnou povrchovou plochou a nízkou hustotou. Aerogely na bázi biopolymerů (chitin, chitosan, celulóza) budou vyráběny různými technikami, jako je superkritický postup sušení nebo lyofilizace. Hlavním cílem disertační práce bude příprava, modifikace, charakterizace funkčních aerogelů na základě různých biopolymerů a jejich derivátů pro regeneraci kůže a kostí.

    Školitel: Abdellatif Abdelmohsan, Dr., Ph.D.

  9. Chemická modifikace aerogelů pro environmentální aplikace

    Aerogely jsou materiály s kontrolovatelnými póry velikosti mikro nebo nano a vysokou porozitou, velkou měrnou povrchovou plochou a nízkou hustotou. Aerogely na bázi biopolymerů (chitin, chitosan, celulóza) budou vyráběny různými technikami, jako je superkritický postup sušení nebo lyofilizace. Hlavním cílem disertační práce bude příprava, modifikace, charakterizace funkčních aerogelů na bázi různých biopolymerů a jejich derivátů pro čištění odpadních vod.

    Školitel: Abdellatif Abdelmohsan, Dr., Ph.D.

  10. Chytré hydrogelové 3D substráty pro sledování buněk

    Hlavním cílem práce je příprava „chytrých“ hydrogelových substrátů, které jsou schopné reagovat na pH či teplotu a jsou vhodné pro 2D i 3D sledování buněk v molekulární biologii či tkáňovém inženýrství, případně pro testování nových léčiv na rakovinných buňkách. Hydrogely by měly být vhodné jak pro in vitro tak i pro in vivo aplikace. Kromě chemicko-fyzikální charakterizace, budou hydrogely podrobeny biologické degradaci a sledování biokompatibility in vitro.

    Školitel: Vojtová Lucy, doc. Ing., Ph.D.

  11. Keramické bioreaktory pro medicínské aplikace

    Množství biokeramických materiálů používaných v tkáňovém inženýrství pro přípravu trojrozměrných (3D) skeletů roste. Ideální 3D skelet má vysokou porozitu, dobře propojenou síť pórů a rovněž vhodnou velikost pórů pro infiltraci a migraci buněk. Návrh architektury 3D skeletu může výrazně ovlivnit jak mechanické vlastnosti, tak chování buněk. Chemické a fázové složení je však kritické pro bioaktivitu a chemické reakce probíhající v bioreaktoru. Cílem Ph.D. práce je připravit keramické bioreaktory různých tvarů, chemického a fázového složení. Zejména bioaktivní materiály založené na vápenatých fosforečnanech budou tvarovány do požadované struktury a kombinovány s dalšími materiály pro přípravu bioreaktorů uplatnitelných v regenerativní medicíně. Výzkum bude vyžadovat multidisciplinární přístup a spolupráci s partnery CEITEC VUT.

    Školitel: Salamon David, doc. Ing., Ph.D.

  12. Keramické materiály a kompozity pro pokročilé aplikace

    Celosvětovým trendem je v poslední době vývoj nových typů keramických materiálů s vhodnou kombinací užitných mechanických, biologických, optických nebo elektrických vlastností, které nacházejí uplatnění v pokročilých aplikacích. Pro přípravu takových materiálů je nutná kritická rozvaha finální struktury ve stádiu jejich designu, správný výběr vstupních práškových materiálů, volba pokročilé techniky tvarování a optimalizované podmínky slinovacího procesu. Cílem disertační práce bude připravovat jednofázové i vícefázové keramické materiály pomocí moderních technologických postupů, jako jsou suché a mokré tvarovací metody, aditivní technologie, spark plasma sintering atd., a hodnocení jejich vlastností se zřetelem na jejich konkrétní aplikační využití. Práce bude přímo navazovat na skončené a běžící projekty, např. Novel material architectures for SMART piezoceramic electromechanical converters, Development of functional ceramic and glass ceramic materials, Microstructure and functional properties refinement by dopant distribution in transparent ceramics – combined experimental and theoretical approach a na projekty podané, např. Implementation of 3D stereolithography of ceramic dental materials to stomatology.

    Školitel: Drdlík Daniel, Ing., Ph.D.

  13. Koloidní zpracování nanometrových keramických částic

    The subject of the PhD study is focused on shaping and consolidation of nanoceramic oxide particles. The main task of the student will contain a study of bulk colloidal ceramics processing using ceramic particles with size below 100 nm via colloidal shaping methods. The research will concern primarily with methods of direct consolidation of ceramic particles. A common difficulty of all these methods lies in the preparation of a stable concentrated suspension of nanoparticles with appropriate viscosity. The solution of the problem assumes understanding and utilization of colloidal chemistry and rheology of ceramic suspensions.

    Školitel: Trunec Martin, prof. Ing., Dr.

  14. Lehké keramické materiály pro balistickou ochranu

    Trendem poslední doby je snaha snižovat hmotnost balistické ochrany, ale současně rostou požadavky na její odolnost. Proto dochází k postupnému přechodu oxidové keramiky na neoxidovou u personální balistické ochrany a přípravě lehkých kompozitních materiálů pro ochranu vozidel. Cílem tohoto Ph.D. studia je výzkum chemických reakcí u materiálů keramika-kov, které mohou pomoci zvýšit absorpci kinetické energie balistického projektilu. Práce má charakter jak základního výzkumu, kdy budou popsány fyzikálně chemické procesy během přípravy materiálů, tak i aplikačního, kdy budou primárně používány materiály s významným ekonomickým potenciálem. Hlavní použitou metodou pro přípravu nových kompozitů bude technika Spark Plasma Sintering. U zhotovených kompozitních materiálů budou měřeny vybrané mechanické vlastnosti, podle kterých pak bude zpětně optimalizována jejich příprava.

    Školitel: Salamon David, doc. Ing., Ph.D.

  15. Lomová mechanika koncentrátorů napětí v kompozitních materiálech

    Kompozitní materiály dosahují vynikajících vlastností díky vhodnému spojení dvou různých materiálů. Ostré rozhraní materiálů však může vést k degradaci těchto vynikajících vlastností. Podmínky vzniku trhlin v místech ostrých tvarových a materiálových změn budou stanovovány a vyhodnocovány pomocí postupů zobecněné lomové mechaniky.

    Školitel: Klusák Jan, doc. Ing., Ph.D.

  16. Magnetické vlastnosti slitin s vysokou entropií

    Jednou z nejperspektivnější skupin moderních materiálů jsou tzv. slitiny s vysokou entropií, ve kterých atomy několika (typicky více jak 3-5) prvků náhodně obsazují pozice v krystalické mříži. Kombinováním různých druhů atomů lze získat materiály se širokou paletou jedinečných vlastností. Po intenzívním zkoumání mechanického chování těchto slitin v minulých letech se do popředí zájmu dostávají i jejich vlastnosti magnetické, které budou náplní plánovaného doktorandského studia. Měření budou podpořena teoretickými výpočty. Plánovaný výzkum bude navazovat na předešlou spolupráci vědců z České republiky, Německa, Rakouska a USA: O. Schneeweiss, M. Friák, M. Dudová, D. Holec, M. Šob, D. Kriegner, V. Holý, P. Beran, E. P. George, J. Neugebauer, and A. Dlouhý, Magnetic properties of the CrMnFeCoNi high-entropy alloy, Physical Review B 96 (2017) 014437.

    Školitel: Friák Martin, Mgr., Ph.D.

  17. Mechanická stabilita a pevnost krystalů pevných látek z prvních principů

    Cílem práce je vymezit oblast mechanické stability vybraných krystalů za podmínek trojosého neisotropního zatížení. K tomuto účelu budou spočítána fononová spektra vybraných krystalů v jejich základních i deformovaných stavech. K výpočtu spekter budou použity silové konstanty spočtené programem VASP.

    Školitel: Černý Miroslav, doc. Mgr., Ph.D.

  18. Mechanismus malých creepových deformací kovových materiálů při nízkých napětích a přechod k plastické deformaci - modelování a experimentální výzkum

    Creepové deformace registrované při malých aplikovaných napětích se svými vlastnostmi velmi odlišují od běžně měřených plastických creepových deformací [1]. Jejich závislost na teplotě a aplikovaném napětí je mnohem slabší a jejich charakter je převážně anelastický. Mechanismus těchto deformací není znám, neboť pro svůj malý rozsah nezanechávají pozorovatelné změny v mikrostruktuře materiálu. Je zřejmé, že deformace souvisí s vytvářením pole vnitřních napětí ve struktuře materiálu. Dosud existuje jediný velmi zjednodušený model založený na ohýbání dislokačních segmentů při kombinaci viskózního skluzu a šplhání dislokací [2], je však schopen popsat jen velmi malé deformace a nevysvětluje návaznost na běžnou plastickou creepovou deformaci. Předmětem práce je vývoj komplexního dislokačního modelu creepové deformace kovových materiálů při nízkých napětích včetně přechodu k běžné creepové deformaci při vyšších napětích. Řešení bude vycházet z výše uvedeného zjednodušeného modelu a bude zahrnovat aplikaci realistického popisu interakce dislokace se segregovanými příměsemi, využití metod diskrétní dislokační dynamiky [3] a statistický popis frakce dislokačních segmentů dosahujících kritického napětí. Součástí práce bude také experimentální studium creepové deformace vybraných kovových materiálů při nízkých napětích, zejména takových, jejichž creepové chování při vyšších napětích je neobvyklé. Práce na tématu bude probíhat zejména na Ústavu fyziky materiálů AV ČR, v.v.i., kde je k dispozici všechno potřebné vybavení.

    Školitel: Kloc Luboš, RNDr., CSc.

  19. Modelování závislosti měřených elektrických a elektrochemických vlastností materiálu na reálných rozměrech studovaných vzorků

    V práci se student seznámí s problematikou elektrických a elektrochemických měření (zejména impedance, proudové a napěťové rozdělení na elektrodách, a toky materiálů v elektrochemických článcích). Student se současně seznámí s principy počítačového modelování "Finite Elements Modelling" s použitím komerčního softwaru. Výpočetní výzkum povede k objasnění správných postupů při praktických měřeních, k návrhům možných nových praktických geometrií a ke zpětným vazbám se spolupracovníky, kteří vyvíjejí funkční vzory zařízení.

    Školitel: Vanýsek Petr, prof. RNDr., CSc.

  20. Nanostrukturované vrstvy oxidů kovů pro pokročilé aplikace

    Tato disertační práce bude zaměřena na přípravu různých oxidů (např. TiO2, WO3, Ta2O5, apod.) ve formě tenkých vrstev. Budou použity různé techniky: termální oxidace, anodická oxidace, depozice atomárních vrstev, magnetronové naprašování, atd. Nejmodernější charakterizační techniky budou použity na výzkum intrinsikálních vlastností těchto vrstev, stejně tak i na studium jejich polovodičových, elektronických, katalytických a optických vlastností. Dalšími úpravami těchto vrstev, např. pomocí dopování, depozice atomárních vrstev, magnetronovým naprašováním, pokročilými litografickými technikami, fokusovaným svazkem iontů, apod., bude umožněna modifikace povrchů vrstev a jejich vlastností. Vyvinuté materiály budou zkoumány z hlediska jejich účinnosti a výkonu v různých aplikacích – bateriích, katalýze, superkapacitorech, apod.

    Školitel: Macák Jan, Dr. Ing.

  21. Nelineární mechanická odezva samouspořádaných polymerních nanokompozitů

    Základním překážkou pro odvození teoretických modelů chování hierarchických nanokompozitních struktur je neschopnost přímo řídit jejich strukturu na více rozměrových škálách. Řízené samouspořádávání nanočásticových stavebních bloků se syntézně definovanou supramolekulární architekturou představuje možnost, jak prostorově řízené hierarchické disperze nanočástic dosáhnout.V literatuře neexistuje teoretický aparát popisující jednotlivé zákonitosti řídící procesy samouspořádávání nanočástic v polymerním kontinuu do hierarchických struktur. V tomto projektu se zaměříme na vytvoření experimentálních a teoretických základů nového víceúrovňového predikčního modelu vztahů mezi strukturními proměnnými, mechanismy a kinetikou vzniku strukturní hierarchie samouspořádávání nanočásticových stavebních bloků a fyzikálně-chemickými a mechanickými vlastnostmi a funkcemi v polymerních nanokompozitech.

    Školitel: Jančář Josef, prof. RNDr., CSc.

  22. Nízkohustotní auxetické kompozity s gradientem Poissonova poměru na bázi nanokompozitů blokových kopolymerů s tvarovou pamětí

    Mechanické metamateriály s vlastnostmi nenacházejícími se běžně v přírodě jsou novou výzkumnou výzvou materiálového inženýrství z hlediska architektury jejich struktury, jejich funkcí, složení i z hlediska nových výrobních technologií. Současné aditivní technologie neumožňují efektivní přípravu auxetických struktur s mechanickými vlastnostmi nutnými pro konstrukční aplikace. Zatím se rovněž nepodařilo spojení konstrukčních vlastností s autonomní adaptabilitou na mechanické stimuli. Cílem práce je nalezení fundamentálních principů řídících vznik hierarchické strukturní architektury vykazující auxetické chování pomocí funkčních nanokompozitů s matricemi z blokových kopolymerů s tvarovou pamětí řiditelnou světelnými signály.

    Školitel: Jančář Josef, prof. RNDr., CSc.

  23. Obrobitelná keramika pro 3D frézování

    Tématem dizertační práce je vývoj technologických postupů zcela unikátní výroby keramických prototypů a malých sérií složitých keramických dílů pomocí technologie 3D obrábění. Dizertační práce je proto zaměřena na výzkum polotovarů pokročilé keramiky pro 3D obrábění na bázi oxidů zirkoničitého, hlinitého, fosforečnanů vápenatých a dalších keramik pro dentální a konstrukční aplikace a perspektivně i pro individuálně tvarované chirurgické implantáty. Polotovary budou připraveny jak pro hutné keramické díly, tak i pro tělesa z keramické pěny. Pro výrobu velkých a složitých dílů budou vyvinuty tvarové obrobitelné polotovary zajišťující spolehlivou a ekonomickou přípravu těchto dílů. Polotovary budou zpracovány pomocí CAD/CAM technologie s využitím CNC frézování.

    Školitel: Trunec Martin, prof. Ing., Dr.

  24. Optické a elektrochemické monitorování stavu nabití průtokových elektrochemických zdrojů energie

    V práci se student seznámí se současnou problematikou uchovávání energie v elektrochemických průtokových redoxních článcích a monitorování míry jejich stavu nabití. Výzkum povede k návrhu a vývoji metod, které lze použít na průběžné monitorování stavu nabití. Dva základní principy budou využity: jednak optické sledování u těch systémů, kde se spektrum zabarvení mění v důsledku stavu nabití, a jednak měření elektrochemických vlastností v případech ostatních.

    Školitel: Vanýsek Petr, prof. RNDr., CSc.

  25. Příprava keramických a kompozitních vláken metodou elektrostatického zvlákňování

    Cílem práce bude příprava a charakterizace keramických a kompozitních vláken metodou elektrostatického zvlákňování pro elektrické a elektrochemické aplikace.

    Školitel: Částková Klára, doc. Ing., Ph.D.

  26. Redoxní průtokové články pro uchování energie

    V práci se student seznámí se současnou problematikou uchovávání energie prostřednictvím elektrochemických průtokových redoxních článků. Experimentální práce povede ke zdokonalení článků založených na principu redukce vanadových sloučenin a k návrhu a vývoji článků bez vanadových redoxních párů.

    Školitel: Vanýsek Petr, prof. RNDr., CSc.

  27. Řídit uvolňování bioaktivních látek pomocí 3D lešení z dutých vláken a jejich aplikace ve tkáňovém inženýrství

    Hlavním cílem diplomové práce je extrahovat a vyrobit 3D strukturu lešení s kontrolovanými fyzikálními, chemickými a mechanickými vlastnostmi z biopolymerů a jejich aplikaci jako nového léku a buněčného nosiče.

    Školitel: Abdellatif Abdelmohsan, Dr., Ph.D.

  28. Stabilizace proteinů pro transdermální aplikace

    Hlavním cílem práce bude najít vhodnou metodu pro stabilizaci proteinů a případně peptidů používaných pro transdermální aplikace, její optimalizace a charakterizace včetně hodnocení účinnosti takto připravených materiálů.

    Školitel: Vojtová Lucy, doc. Ing., Ph.D.

  29. Studium elektrických a impedančních charakteristik teplotně namáhaných dielektrik

    V práci se student seznámí se současnou problematikou izolačních materiálů a jejich chování za nízkých, pokojových a vysokých teplot. Výzkum povede k návrhu a vývoji metod, které lze použít na průběžné monitorování izolačních vlastností a předpovídání praktické životnosti izolantů a odolnosti vůči extrémním teplotám. Základní metodou bude měření komplexní impedance při proměnných teplotách a rovněž měření stejnosměrného odporu a ztrátového činitele při 50 Hz. Metodika bude doplněna sledováním stárnutí vlivem ozáření slunečním světlem.

    Školitel: Vanýsek Petr, prof. RNDr., CSc.

  30. Studium struktury magnetických materiálů za nízkých teplot

    Pochopení magnetických vlastností materiálů je úzce spjato se studiem jejich struktury. Jako důsledek redukce velikosti částic či teploty pozorování byly v minulých letech popsány zcela nové typy magnetického chování, např. superparamagnetizmus. Důležité je, že magnetický stav může citlivě záviset na atomové struktuře, hranicích zrn nebo magnetických doménách, které se všechny výrazně mění s teplotou. Z tohoto důvodu bude studium těchto strukturních aspektů za nízkých teplot tématem navrhovaného PhD studia. Práce bude zahrnovat: - Přípravu materiálů pomocí několika metod - Studium struktury materiálu za pomocí RTG, SEM, TEM, AFM…. - Magnetická měření za pomocí VSM, PPMS a SQUIDu

    Školitel: Friák Martin, Mgr., Ph.D.

  31. Syntéza a aplikace nových 1D vláknitých struktur

    Vlákenné materiály představují vědecky i technologicky velmi zajímavé materiály, díky jejich snadné přípravě, morfologii, flexibilitě rozměrů a složení. Cílem této disertační práce je vývoj nových vláken o dosud nerealizovaných chemických složeních s průměry v submikronovém a mikronovém měřítku. Důraz bude kladen na vlákna anorganická (zejména oxidy), které mají velký potenciál ve filtračních a katalytických aplikacích. Zvláštní důraz bude kladen na vývoj elektricky vodivých vláken pro využití v high-tech textilních, elektronických a vojenských aplikacích. Použity budou dvě techniky: odstředivé zvlákňování a elektrostatické zvlákňován. Budou zkoumány různé tvary vláknitých struktur, včetně plošných vrstev, objemových forem, orientovaných vláken, atd. Celé zaměření práce je velmi silně aplikačně orientované. V plánu je intenzivní spolupráci s průmyslovými partnery směrem k testování vyvinutých vláken v reálných aplikacích.

    Školitel: Macák Jan, Dr. Ing.

  32. Tenké ohebné keramické fólie pro elektrotechnické aplikace

    Téma disertační práce se zaměřuje na výzkum ohebných samonosných keramických fólií v tloušťkách od 0,05 do 1 mm. Výzkum se bude zabývat přípravou keramických fólií a jejich mechanickými, elektrickými, popř. optickými vlastnostmi. Základním úkolem bude vývoj unikátních metod pro přípravu keramických fólií z nanočásticových suspenzí. Výzkum bude směřován do elektrotechnických aplikací, které využívají keramické fólie jako ohebných dielektrických substrátů nebo piezokeramických energy harvestrů.

    Školitel: Trunec Martin, prof. Ing., Dr.

  33. Teorií vedený vývoj nových feritických superslitin

    Pro detailní popis tématu prosím kontaktujte mafri@ipm.cz.

    Školitel: Friák Martin, Mgr., Ph.D.

  34. Ukládání vodíku v kovových materiálech s různým chemickým a fázovým složením

    Vodík je velmi perspektivním a ekologickým palivem, které může přinést významné ekonomické a environmentální výhody. Hlavní překážkou pro budoucnost vodíkové technologie je však bezpečné a efektivní ukládání vodíku (HS). Ukazuje se, že jednou z možností je HS v pevné fázi kovových materiálů (HSM). Avšak dosud zkoumané HSM nemají vlastnosti vhodné pro ukládání vodíku při teplotách a tlacích vyžadovaných pro technické aplikace. Hlavní téma této práce je proto studium HS vlastností nových modelových slitin s potenciálem sorpce vodíku za pokojových teplot a nízkých tlaků. Jedním z možných způsobů ovlivnění HS vlastností je změna stavu struktury a chemického složení HSM. Výsledky by mohly ukázat nový směr vývoje HSM.

    Školitel: Král Lubomír, Ing., Ph.D.

  35. Vlastnosti a chování pokročilých materiálů v oblasti velmi vysokocyklové únavy

    Speciální inženýrské a bio-mechanické aplikace vyžadují použití pokročilých materiálů. Vzhledem k jejich ceně a účelu použití je nutné zajistit dostatečnou únosnost komponent z nich vyrobených po celou dobu životnosti. Z hlediska únavy materiálů je často v aplikacích překročen počet 107 cyklů. Materiály pro tyto speciální aplikace budou testovány v režimu velmi vysokocyklové únavy, tedy od 106 do 1010 cyklů. Numerické simulace MKP budou použity pro návrh vzorků, zkoušky proběhnou na ultrazvukovém zkušebním stroji, mechanismy porušování budou zkoumány pomocí skenovacího elektronového mikroskopu.

    Školitel: Klusák Jan, doc. Ing., Ph.D.

  36. Vliv entropie při segregaci nečistot na hranicích zrn

    Přes existenci řady důkazů o důležitosti entropie v různých projevech materiálů, je tato veličina při jejich popisu velmi často zanedbána. To pak vede k nepřesným kvantitativním hodnotám a – v případě zobecňování – i k nesprávné předpovědi a interpretaci těchto jevů. Cílem navrhované práce je prokázat roli entropie na důležitém příkladu segregace příměsí na hranicích zrn v bcc železe. Bude vyvinuta metodika teoretického výpočtu entropie segregace a vypočtená data budou porovnána s experimentálně získanými hodnotami této veličiny uvedenými v literatuře. Vypočtené hodnoty entropie pak budou testovány pomocí známých jevů, jako jsou anisotropie segregace příměsí na hranicích zrn či kompenzační jev mezi entropií a entalpií.

    Školitel: Černý Miroslav, doc. Mgr., Ph.D.

  37. Vliv lokálního chemického složení na mikrostrukturní stabilitu tvářených austenitických nerezavějících ocelí

    Tvářené Cr–Ni (typu AISI 300) austenitické nerezavějící oceli si v rámci pěti známých základních typů korozivzdorných ocelí doposud udržují privilegovanou pozici. Díky svým mimořádným korozním, mechanickým a technologickým vlastnostem tyto oceli nalezly široké uplatnění v průmyslu, domácnosti, architektuře či medicíně a to jak za pokojových, zvýšených či kryogenních teplot. Paramagnetická austenitická struktura s f.c.c. mřížkou je u většiny těchto materiálů metastabilní, tj. může během ochlazování či plastické deformace částečně transformovat na feromagnetický ′-martenzit s mřížkou b.c.c. Mezi nejdůležitější parametry ovlivňující stabilitu austenitu patří chemické složení a teplota. Tvorba ′-martenzitu může mít na mechanické vlastnosti těchto materiálů vliv pozitivní, v případě korozní odolnosti může být ovšem škodlivá a u některých aplikací (např. supravodivé magnety) je zcela nežádoucí. V absolutní většině dosavadních studií zabývajících se strukturní stabilitou tvářených austenitických nerezavějících ocelí typu AISI 300 jsou tyto materiály s ohledem na intenzivní protváření během výroby považovány za chemicky homogenní. Na důležitost lokálního chemického složení, přítomného ve struktuře tvářených ocelí ve formě chemických pásů, při destabilizaci struktury různých polotovarů tvářených austenitických bylo poukázáno zcela nedávno (J. Man et al.: Effect of metallurgical variables on the austenite stability in fatigued AISI 304 type steels. Eng. Fract. Mech. 185 (2017) 139–159). Hlavním záměrem navrhované práce je podrobné experimentální studium destabilizace austenitické struktury a tvorba deformačně indukovaného martenzitu (DIM) u tvářených Cr–Ni austenitických nerezavějících ocelí typu AISI 300 s ohledem na jejich fyzikální metalurgii. Velký důraz bude kladen na popis charakteristických variací v lokálním chemickém složení u různých polotovarů ocelí a jejich dopadu na morfologii a prostorovou distribuci DIM v celém deformovaném objemu u vybraných typů ocelí (304/304L, 316/316L, 321, 301LN). Experimentální program bude zahrnovat následující témata: (i) systematické studium chemické homogenity u různých polotovarů (kruhové tyče, tlusté a tenké plechy) průmyslově vyráběných austenitických Cr–Ni ocelí, (ii) destabilizace jejich struktury při cyklickém namáhání v podmínkách řízené deformace za pokojových a zejména snížených teplot, (iii) kvalitativní a kvantitativní studium tvorby DIM během statického namáhání ocelí typu AISI 304 a 316 za pokojových, zvýšených a snížených teplot se zvláštním zřetelem na rozložení DIM napříč tloušťkou deformovaného plechu a (iv) vliv lokálního chemického složení a textury na destabilizaci austenitu u ultrajemnozrnných ocelí 301LN připravených reverzním žíháním po předchozí deformaci za studena. Pro zviditelnění chemické heterogenity napříč celým průřezem různých polotovarů tvářených ocelí bude využito techniky barevné metalografie; pro kvantitativní charakterizaci techniky EDS popř. WDS. Pro ohodnocení objemového podílu DIM napříč tloušťkou deformovaného plechu bude využito techniky rentgenové difrakce (X-ray) a výsledky budou konfrontovány s feritoskopickými měřeními. Mikrostruktura deformovaných ocelí vč. distribuce DIM bude na makroskopické úrovni zviditelněna pomocí barevné metalografie (Beraha II); pro detailní charakterizaci na mikroskopické úrovni budou využity moderní techniky s vysokým rozlišením (SEM–FEG, ECCI, EBSD a TEM). Lokální analýzy textury budou provedeny ve spolupráci s CEITEC VUT v Brně či TU Bergakademie Freiberg.

    Školitel: Man Jiří, Ing., Ph.D.

  38. Vliv samouspořádání struktury hydrogelu na jeho deformační vlastnosti

    Samouspořádání má významný vliv na vlastnosti hydrogelů. Tento vliv není v literatuře detailně popsán. Úkolem doktoranda bude zmapovat v literatuře různé mechanismy samouspořádání, které se pozorují u hydrogelů. Vybrané mechanismy budou modelování pomocí molekulární dynamiky. Pomocí modelu se bude analyzovat transformace samouspořádaných strukturních elementů. Bude se zjišťovat, jaký vliv mají jednotlivé struktury na deformační vlastnosti.

    Školitel: Žídek Jan, Mgr., Ph.D.

  39. Vliv struktury kompatibilizátoru na mechanické vlastnosti a povětrnostní stabilitu směsí z recyklovaných PE a PP

    Předmětem výzkumu v navrhovaném projektu je zkoumání vlivu strukturních parametrů organických a anorganických kompatibilizátorů na lomové chování kompozitních materiálů s polymerní matricí na bázi recyklovaného PE/PP a na jejich povětrnostní stabilitu. Cílem projektu je nalezení vzájemných souvislostí mezi složením kompatibilizovaných směsí PE/PP , strukturou kompatibilizátoru, stabilizačním systémem a mechanismy porušování při statickém i dynamickém namáhání. Výsledkem řešení projektu budou poznatky, které umožní optimalizaci složení materiálu s ohledem na mezní stavy vybraných aplikací a rozšíří možnosti pro aplikaci materiálů na bázi recyklovaných plastů do náročnějších oblastí s vyšší přidanou hodnotou.

    Školitel: Jančář Josef, prof. RNDr., CSc.

  40. Výroba a charakterizace nanovláken na bázi bionanokompozitů a jejich lékařské použití

    Ph.D. práce se bude zabývat výrobou nanovláken obvazových rohoží na bázi bionankompozitních materiálů (hyaluronan, chitin / chitosan fibril atd.) technikou elektrostatického zvlákňování. Hlavním cílem bude prozkoumat optimální podmínky pro syntézu nanokompozitů s různými bioaktivními nanočásticemi a výrobními nanovlákny, které z nich obsahují obvazové rohože. Vybrané nanokompozitní obvazové rohože budou varlata a použijí se jako nový obvaz na rány pro kožní hojení ran. For more details please contact the supervisor.

    Školitel: Abdellatif Abdelmohsan, Dr., Ph.D.

  41. Využití recyklovaných směsí PE/PP v konstrukčních kompozitech

    Předmětem výzkumu v navrhovaném projektu je zkoumání vlivu strukturních parametrů na lomové chování kompozitních materiálů s polymerní matricí na bázi recyklovaného PE/PP. Cílem projektu je nalezení vzájemných souvislostí mezi složením kompozitů s kompatibilizovanou PE/PP matricí, pevností mezipovrchové adheze mezi matricí a skleněnými, čedičovými, lněnými vlákny a grafenoidy a mechanismy porušování při statickém i dynamickém namáhání. Výsledkem řešení projektu budou poznatky, které umožní optimalizaci složení materiálu s ohledem na mezní stavy vybraných aplikací a rozšíří možnosti pro aplikaci materiálů na bázi recyklovaných plastů do náročnějších oblastí s vyšší přidanou hodnotou.

    Školitel: Jančář Josef, prof. RNDr., CSc.

  42. Vývoj piezoelektrických bezolovnatých keramik pro energy harvesting

    V poslední době získává energy harvesting založený na piezoelektrické keramice velkou pozornost jako zdroj elektrické energie pro nízkoenergetickou elektroniku. Vzhledem k environmentálním aspektům musí být běžně dostupné piezokeramické generátory na bázi PZT (Pb-Zr-Ti-O) nahrazeny bezolovnatými materiály. BCZT (Ba-Ca-Zr-Ti-O) a BT (BiFeO3) jsou velmi nadějné piezoelektrické keramické materiály pro tuto aplikaci. Práce bude proto zaměřena na vývoj a studium těchto bezolovnatých materiálů a jejich řízené dopování za účelem efektivního sběru elektrické energie. Student bude vyvíjet postupy pro přípravu piezokeramických a kompozitních piezokeramických pásek pro energy harversting a hodnotit účinnost těchto nových materiálů v experimentálních zařízeních. Během studia je plánována stáž na univerzitě v Oulu.

    Školitel: Trunec Martin, prof. Ing., Dr.

  43. Vznik a šíření trhliny v oblasti gigacyklové únavy materiálů

    Pomocí ultrazvukového zatěžovacího stroje je možné dosáhnout miliardy zátěžných cyklů v relativně krátkém čase. Tak dochází ke vzniku trhlin i při zatíženích pod konvenční mezí kluzu. Proces vzniku a šíření trhliny v této oblasti bude v rámci studia zkoumán experimentálně i teoreticky mj. s použitím ultrazvukového zatěžovacího stroje, elektronové mikroskopie a interferometrického měření průběhu deformaci zkoušeného vzorku.

    Školitel: Klusák Jan, doc. Ing., Ph.D.

  44. 3D tisk keramických struktur pomocí LCM metody

    Práce se bude zabývat přípravou složitých keramických dílů s vnitřní strukturou pomocí metody LCM (Lithography-based Ceramic Manufacturing). Výzkum bude zaměřen na přípravu vhodných keramických suspenzí a korelaci technologických podmínek metody LCM s výslednou strukturou a vlastnostmi finálních keramických dílů. Výzkum bude směřován na medicínské aplikace. U keramických podpůrných struktur pro regeneraci kostní tkáně (angl. „bioscaffolds“) připravených z fosforečnanů vápenatých bude optimalizována vnitřní struktura s ohledem na modifikaci pevné keramické struktury anorganickými i organickými polymery.

    Školitel: Trunec Martin, prof. Ing., Dr.


Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.