Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
CEITEC VUTZkratka: PMAk. rok: 2013/2014
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 oblati těchto institucí. Koncepce studijního programu umožňuje studentům 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. Jaroslav Cihlář, CSc.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
This PhD study programme, in collaboration with the Materials for Sensors Group, will investigate novel methods for the manufacture of complex electroceramic structures for new sensor devices. Possible material configurations will include monolithic, composite and thick films.
Školitel: Button Timothy William, prof., Ph.D.
Inženýrské konstrukce obsahují řadu koncentrátorů napětí singulárního charakteru. Mezi nejčastější patří například tzv. v-vruby. Další hojnou skupinu singulárních koncentrátorů napětí reprezentují místa spojení dvou materiálů, ať již se jedná např. o povrchové vrstvy či kompozitní materiály. Takových příkladů existuje více. Společným rysem jmenovaných singulárních koncentrátorů napětí je, že exponent singularity napětí je v tomto případě, na rozdíl od trhliny, různý od 0.5, a nelze tak využít klasických postupů lomové mechaniky. Cílem disertační práce je využít postupů zobecněné lineárně elastické lomové mechaniky ke stanovení počátku a způsobu šíření trhliny z obecného singulárního koncentrátoru napětí. Z aplikačního pohledu budou odvozené postupy využity např. v materiálové oblasti ke stanovení způsobu porušení vrstevnatých materiálů, v konstrukční oblasti ke stanovení počátku šíření trhliny z ostrého v-vrubu či ke stanovení vlivu volného povrchu součásti na šíření únavové trhliny. K nezbytným numerickým výpočtům bude využit MKP systém Ansys a matematický software Matlab.
Školitel: Náhlík Luboš, prof. Ing., Ph.D.
Disertační práce bude zaměřena na studium biokeramických materiálů se strukturou a mechanickými vlastnostmi blízkými vlastnostem plochých a dlouhých kostí. Hlavním cílem práce bude příprava biokeramických kompozitů modelujícími porézní a hutné struktury lidských kostí a studium vztahů mezi syntézou, strukturou, morfologií biokeramických kompozitů a jejich fyzikálními a biochemickými vlastnostmi. Práce se bude především zaměřena na funkčně gradientní nanostrukturní kompozity typu t-ZrO2/Ca-fosforečnany. Vedle technologické problematiky (syntéza kompozitních keramických nanočástic, tvarování, slinování a obrábění biokeramických kompozitů) bude studována struktura biokeramických kompozitů, mechanické vlastnosti a vlastnosti biologické (bioaktivita a biokompatibilita).
Školitel: Cihlář Jaroslav, prof. RNDr., CSc.
Disertační práce bude zaměřena na výzkum termodynamiky a kinetiky elektrochemických dějů probíhajících v nevodných disperzích anorganických nanočástic. Práce bude zaměřena zejména na syntézy anorganických a kompozitních nanočástic, na studium elektrokinetického chování nevodných disperzí nanočástic a jejich reologických vlastností. Disertace přinese nové vědecké poznatky o kinetice a mechanismech stabilizace anorganických nanočástic v nevodných disperzích v přítomnosti elektrosterických stabilizátorů, které budou využity při návrhu stabilních anorganických inkoustů pro tisk keramických vrstev a pro elektroforetickou depozici nanostrukturních keramických materiálů .
Beztlakové slinování je dominantní metodou zhutňování polykrystalické keramiky a nové techniky přináší podmínky extrémně rychlého ohřevu, které nebylo možné v minulosti dosáhnout. V nedávné době jsme objevili a demonstrovali možnost extrémně rychlého zhutnění spojeného s růstem zrn, kdy hutná zirkonitá keramika byla slinuta při rychlosti ohřevu 500 °C min-1 s dobou výdrže 2 minut a to bez obvyklé tvorby trhlin. Uvedený proces slinování je doprovázen extrémně rychlým růstem zrn což ukazuje na nekonvenční slinovací mechanizmus nebo nekonvenční přenos tepla. Cílem disertační práce je vysvětlení pozorovaného jevu pomocí experimentů pro širší škálu pokročilých keramických materiálů. Očekávané výsledky povedou k rozvoji energeticky úsporných procesních metod, termodynamicky nerovnovážných materiálu, a porozumění fyziky materiálu.
Školitel: Salamon David, doc. Ing., Ph.D.
Piezoelectric materials are key components in a wide range of sensor, actuator and transducer devices. The aim of this PhD study is to investigate the introduction of lead-free piezoelectric materials into devices at the micro-scale, using fabrication processes based on photolithography and micro-moulding.
Magnetické vrstvy na bázi FePd, FePt, CoPt, apod. jsou předmětem výzkumu pro jejich potenciální využití v paměťových médiích s ultra vysokou hustotou záznamu dat. Cílem studia bude vymezit teoretickou oblast stability krystalů vybraných binárních slitin. Student vymodeluje vybrané krystaly pomocí některého z dostupných ab initio programů a podrobí je simulovaným deformacím. Přitom budou studovány zejména magnetické fázové přechody. Výsledky výpočtů budou srovnány s dostupnými experimentálními daty pro tenké vrstvy.
Školitel: Černý Miroslav, prof. Mgr., Ph.D.
Školitel: Jančář Josef, prof. RNDr., CSc.
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).
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.
Disertační práce bude zaměřena na studium biologických a biochemických interakcí biokeramických materiálů s kostními tkáněmi s cílem zvýšit biologickou kompatibilitu kostních buněk s biokeramickými povrchy a případně získat tkáňové biokeramické kompozity s dlouhou dobou života biologické tkáňové komponenty. Prvním krokem práce bude příprava a studium biokeramických kompozitů s vysokou biokompatibilitou a bioaktivitou obsahujících mechanicky odolný keramický skelet a biologicky aktivní fosfátovou komponentu. Druhým krokem bude studium růstu kostních buněčných struktur na povrchu biokeramického skeletu in vitro. Disertace přinese nové vědecké poznatky o interakci funkčně gradientních biokeramických materiálů a jejich bioaktivních povrchů s modelovými kostními tkáňovými kulturami.
Téma doktorského studia je zaměřeno na tvarování a konsolidaci nanokeramických oxidových částic. Hlavním úkolem doktoranda bude studium přípravy objemové keramiky z keramických prášků o velikostí částic menší než 100 nm pomocí koloidních tvarovacích metod. Předmětem výzkumu budou především metody přímé konsolidace keramických prášků. Společným problémem těchto metod je příprava stabilní koncentrované suspenze nanočástic s vhodnou viskozitou. Řešení tohoto problému předpokládá zvládnutí a využití poznatků koloidní chemie a reologie keramických suspenzí.
Školitel: Trunec Martin, prof. Ing., Dr.
Cílem disertační práce bude studium katalytických systémů na bázi kompozitních oxidů přechodných kovů zejména s perovskitovou (brownmilleritovou nebo spinelovou strukturou) z hlediska jejich syntézy, struktury a katalytické aktivity. Úvodním cílem práce bude studium syntézy vícesložkových katalytických systémů a studium jejich povrchů a povrchových defektů. Hlavním cílem práce bude studium kinetiky a mechanismu redoxních reakcí spojených se syntézou vodíku. Disertace přinese nové vědecké poznatky o kinetice a mechanismech heterogenní katalýzy na vícesložkových nanočásticových katalyzátorech, které především umožní design nových heterogenních katalyzátorů reformačních reakcí nízkých uhlovodíků a jejich derivátů na vodík s vysokou účinností.
The aim of this PhD project is to manufacture and characterise lead-free piezoceramic devices based on BiNaTiO3 and compare the properties and performance with those of standard lead-based materials. A wide range of fabrication and characterisation techniques will be used. The study is part of an international collaboration.
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.
Cílem disertační práce bude studium redukovatelných kompozitních oxidů přechodných kovů s defektní perovskitovou nebo spinelovou strukturou z hlediska stability jejich fázového a chemického složení při opakovaných redoxních dějích. Práce bude zaměřena na syntézu oxidových nanočástic a jejich (kationtového a aniontového) dopování, na studium jejich struktury. Hlavní část práce se bude týkat studia cyklické oxidace a redukce oxidových nanočástic, studia povrchových defektů a mechanismu jejich vzniku, lokalizování aktivních center pro heterogenní katalýzu a testování jejich aktivity na modelových reakcích. Disertace přinese nové vědecké poznatky o molekulární struktuře redukovatelných kompozitních oxidů a o kinetice a mechanismech redoxních dějů na jejich povrchu.
The aim of this project is to elucidate the relationships between processing conditions, structural parameters and piezoelectric properties of Pb(ZrTi)O3-based ceramics for industrial applications. This PhD study will involve close collaboration with an industrial organisation.
Práce bude zaměřena na modelování šíření trhliny v materiálech typu NiTi, které se vyznačují tvarovou pamětí. Důležitou součástí budou modely procesů, které podmiňují odpor proti šíření trhlin, jako jsou skluzové mechanizmy plastické deformace, deformačně indukovaná fázová transformace a dvojčatění.
Školitel: Šandera Pavel, prof. RNDr., CSc.
Cílem práce je příprava polymerních kompozitních směsí z biopolymerů modifikovaných syntetickými polymery a sledování vlivu použité metodiky a aditiv na fyzikální a bioaktivní vlastnosti připravených skafoldů. Důraz bude kladen na sledování interakcí biopolymer-syntetický polymer pomocí reologie a na podmínky síťování výsledné směsi s cílem připravit hyrolyticky stabilní materiály pro medicínské aplikace.
Školitel: Vojtová Lucy, doc. Ing., Ph.D.
Navrhované téma budoucí disertační práce je zaměřeno na plasmový nástřik, strukturní stabilitu a mechanické vlastnosti nových typů povlaků na bázi amorfní a nanokrystalické ZrO2-Al2O3-SiO2 eutektické keramiky pro vysokoteplotní aplikace .Parametry plasmové deposice těchto povlaků , (nanesených na substrát tvořený niklovou superslitinou Inconel713 LC s vazebným povlakem CoNiCrAlY) ,budou vybrány tak, aby usnadnily tvorbu amorfní nebo nanokrystalické struktury splatů keramických povlaků.
Školitel: Švejcar Jiří, prof. Ing., CSc.
Vlastnosti keramických materiálů jsou významně ovlivněny jejich mikrostrukturou, tj. celkovou pórovitostí, distribucí velikostí zrn a pórů a také jinými defekty jako jsou trhliny či nehomogenity. Nejčastějším cílem slinování pokročilých keramických materiálů je získat materiál o vysoké hustotě s homogenní mikrostrukturou tvořenou malými zrny. Existuje několik cest, jak zlepšit a designovat mikrostrukturu a vlastnosti keramických materiálů, např. moderními metodami syntéz, konsolidace a tvarování keramických prášků, ale také optimalizací slinovacího cyklu. Hlavním cílem dizertační práce je optimalizovat mikrostrukturu polykrystalické keramiky vhodnou volbou slinovacího režimu. Práce kombinuje experimentální (konvenční beztlaké slinování, slinování za zvýšeného tlaku či v různých typech elektromagnetických polí) i teoretické (vytváření modelů slinovacího procesu) přístupy.
Školitel: Maca Karel, prof. RNDr., Dr.
Vibration-based energy harvesters utilising piezoelectric ceramics are promising candidates for powering autonomous sensor systems and networks. The aim of this project is to investigate, design and develop processing methods for the manufacture of piezoelectric devices for energy harvesting applications. This will include the optimisation of material properties and characterisation of the new devices. The project will be joint with the Materials for Sensors group.
Cílem práce je syntéza vícesložkových anorganických (keramických) nanočástic s cílem modifikace jejich bioaktívních vlastností. Bude studována modifikace morfologie, fázového a chemického složení a makrostruktury částic na jejich bioaktívní vlastnosti. Předpokládá se, že bioaktivita bude studována interakcí s buněčnými kulturami.
Školitel: Částková Klára, doc. Ing., Ph.D.
Stabilizátory (antioxidanty) jsou reaktivní nízkomolekulární sloučeniny přidávané do syntetických polymerů, jejich úkolem je chránit vlastnosti polymeru během zpracování a celého jeho reálného života. Vzhledem k odlišnosti chemických struktur jsou tato aditiva často z polymeru ztrácena fyzikální cestou (extrakcí, difúzí, těkáním) a přestávají plnit svoji ochrannou funkci. Stabilizátory s postupným uvolňováním ze zdrojové heterogenní domény mohou rychlost jejich ztrát potlačit a životnost polymeru tak prodloužit
Školitel: Tocháček Jiří, doc. RNDr., CSc.
Navrhované téma disertační práce je zaměřeno na výzkum a vývoj plazmatem nanášených tepelných bariér pro letecký průmysl. V práci bude řešena problematika návrhu a optimalizace technologie přípravy amorfních a nanokrystalických kompozitních Al2O3-ZrO2-SiO2 + ZrO2-Y2O3 / CoNiCrAlY funkčně gradientních povlakových systémů nanášených plazmatem (v kombinaci s navazujícím tepelným zpracováním) na povrch niklové superslitiny Inconel 713 LC nové generace. Předmětem studia bude také jejich strukturní stabilita za stálých a proměnlivých podmínek aplikovaných tepelných cyklů. Výsledky práce budou porovnány s v současnosti využívanými ZrO2-Y2O3 / CoNiCrAlY a vyvíjenými nanokrystalickými Al2O3-ZrO2-SiO2 / CoNiCrAlY tepelnými bariérami připravovanými rovněž nástřikem plazmatu z pohledu strukturní stability testované za stejných či porovnatelných podmínek.
Školitel: Čelko Ladislav, doc. Ing., Ph.D.
Nový trend přípravy biologických materiálů pro cílenou terapii zahrnuje přípravu materiálů s optimalizovanou pórovitostí a sorpčními či desorpčními vlastnostmi. V rámci předchozí spolupráce jsme vyvinuli a dále rozvíjíme technologii pro přípravu „chytrých“ mikročástic obsahující mikro-granule z nanoprášků (křemíkem dopovaný hydroxyapatit, trikalcium fosfát, tetrakalcium fosfát, nebo směs těchto komponent). Tyto mikro-granule dále obsahují vnitřní mikro-kanálek, který slouží pro dopravu živin. Cílem Ph.D. studia bude optimalizace „chytrých“ mikročástic obsahujících mikro-kanálek pro dopravu živin. Výsledky práce budou přímo použity dalšími partnery konsorcia v FP7 programu, včetně aplikace klinických testů.
Práce je zaměřena na vývoj, přípravu a charakterizaci nových skafoldů (nosičů buněk) pro regeneraci tkání chrupavek a kostí. Cílem je navržení a příprava kompozitních skafoldů, které chemickým složením i hierarchickou strukturou imitují tkáň chrupavky či kosti. Důležité bude navržení optimálních biokompozitních směsí, jejich chemicko- fyzikální analýza, sledování morfologie vzorků a biodegradačních profilů včetně.
Práce bude zaměřena na experimentální stanovení meze únavy, rychlosti růstu a prahové hodnoty únavových trhlin v materiálech NiTi s tvarovou pamětí při zatěžování v tahu-tlaku, krutu a jejich kombinaci za pokojové teploty. Únavové experimenty budou prováděny na multiaxiálním servohydraulickém pulsátoru Industar-M. Místa iniciace trhlin a mikrotrajektorie šíření trhlin budou studovány na lomových površích v ŘEM metodou stereofotogrammetrie.
Školitel: Pokluda Jaroslav, prof. RNDr., CSc.
The project is concerned with a systematic study of the influence of processing conditions on the physical, structural, microstructural and piezoelectric properties of material compositions in the barium zirconium titanate – barium calcium titanate solid solution system. The aim will be to identify candidate materials which could be adopted as environmentally friendly replacements for current piezoelectric materials based on lead zirconate titanate.
Předmětem je syntéza „smart“ polymerních kompozitů iniciovaných nanočásticemi tak, aby byla zachována živá polymerace poskytující materiály s předem definovanou strukturou, molekulovou hmotností a polydisperzitou. Budou sledovány jak chemické, tak i fyzikální vlastnosti připravených „smart“ polymerních nanokompozitů využitelných např. v automobilovém průmyslu.
Budou vyvíjeny a syntetizovány nové funkcionalizované polymery vhodné pro dopravu léčiv. Vlastnosti a způsob kombinace polymeru s léčivem budou nastaveny tak, aby bylo zajištěno jejich kontrolované uvolňování včetně přídavných bioaktivních látek. Nezbytnou součástí práce bude chemicko-fyzikální charakterizace připravených polymerů a sledování interakcí polymer-léčivo a jejich vlivu na sol-gel proces.
Cílem disertační práce je výzkum mechanismu a kinetiky fotochemických reakcí probíhajících v kapalné fázi v přítomnosti polovodičových fotokatalyzátorů na bázi vícesložkových oxidů přechodných kovů. Práce bude zaměřena zejména na syntézu kationtově a aniontově dopovaných nanostrukturních oxidových částic a studium jejich struktury a fotokatalytických vlastností při fotolýze vody. Disertace přinese nové vědecké poznatky o struktuře fotokatalyticky aktivních center, defektech, šířce zakázaných pásů, účinnosti adsorpce záření, a vlivu reakčních podmínek na výtěžek produktů fotolýzy (zejména vodíku).
Účinnost stabilizátorů (antioxidantů) v polymerní matrici je dána nejen jejich chemickou strukturou umožňující reakce s intermediáty oxidační degradace, ale také schopností se v polymerní matrici účinně pohybovat a odolávat vlivům okolního prostředí, které mohou jejich hladinu v polymeru výrazným způsobem snížit. Fyzikální chování stabilizátoru v semikrystalické polymerní matrici má zásadní vliv na jeho stabilizační účinnost. Kvantifikace nejdůležitějších jevů jako jsou difúze, těkání a extrakce a posouzení jejich relativní důležitosti vzhledem k celkovému výkonu stabilizátoru v polymeru jsou předmětem této práce.
Materiály pro vysokoteplotní aplikace jsou předmětem stálého vývoje a výzkumu z důvodu zlepšování jejich vlastností a také z důvodu snižování jejich ceny. V současnosti existuje celá řada otevřených otázek týkajících se poznání základních mechanizmů jejich poškození při namáhání za vysokých teplot a v podmínkách kombinovaného namáhání mechanickou únavou a creepem. Cílem výzkumu bude stanovení únavových, creepových a kombinovaných únavových creepových charakteristik nových Ni nebo Co superslitin a rozšíření obecných znalostí o mechanismech poškození, stabilitě struktury a predikci životnosti za komplexních podmínek namáhaní.
Školitel: Kunz Ludvík, prof. RNDr., CSc.