Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
CEITEC VUTZkratka: PNTMTAk. 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 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
Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.
Aplikace spektroskopické reflektometrie na studium mazacích filmů ke stanovení tloušťky mazacího filmu a index lomu ve velmi zatíženém mazaném kontaktu. Hlavním cílem je vývoj fyzikálně korektního přístupu, který umožní získat doplňující informace o vlastnostech mazacího filmu.
Školitel: Křupka Ivan, prof. Ing., Ph.D.
popis
K získání detailní trojrozměrné informace o vnitřní struktuře objektu pomocí rentgenového záření se využívá rentgenová (počítačová) tomografie - CT. 3D informaci získáváme průchodem svazků záření objektem pod různými úhly a matematickým zpracováním získaných rovinných obrazců, tzv. tomografickou rekonstrukcí. Cílem disertační práce je využití této techniky a její vylepšení pro materiálovou analýzu.
Školitel: Kaiser Jozef, prof. Ing., Ph.D.
Studium reologických vlastností tenkého mazacího filmu prostřednictvím přímého pozorování pohybu částic v mazaném kontaktu. Kolorimetrická interferometrie bude užita k monitorování tloušťky mazacího filmu a metody analýzy obrazu budou využity k stanovení trajektorie částic v kontaktu. Kombinace obou dat umožní usuzovat na reologické vlastnosti mazacích filmů.
Polovodičové kvantové tečky (QDs) jsou dlouhou dobu předmětem zájmu jako nanočástice emitující světlo. Tyto nanočástice patří do nové skupiny fluorescenčních značek vhodných pro in vivo zobrazování v biomolekulární chemii a medicíně. Ve srovnání s organickými barvivy mají QDs skvělé optické a elektronové vlastnosti. QDs mohou být rovněž použity v diagnostice nemocí. Chřipka je infekční onemocnění dýchacích cest a způsobuje vysokou morbiditu a mortalitu u rizikových skupin pacientů. Kvantové tečky mohou být použity pro rozlišení typu chřipky a tak pro zvolení správného způsobu léčby. Cílem práce je příprava QDs a jejich komplexů s chřipkovými ODN a studium jejich vlastností. Elektrochemické metody budou použity pro analýzu iontů kovu a ODN. Pro charakterizaci komplexů se dá využít i kapilární elektroforéza a in vivo zobrazování. Spojení komplexů s paramagnetickými částicemi bude využito pro automatickou analýzu vzorků.
Školitel: Kizek René, prof. Ing., Ph.D.
Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.
Pasivní metody nedestruktivního testování oproti aktivním metodám umožňují dlouhodobé monitorování materiálu či konstrukce v běžném provozu nebo při jejich zatěžování v laboratorních podmínkách. Mezi nejpoužívanější metodu patří akustická emise, kterou začíná v posledním desetiletí doplňovat elektromagnetická emise u vybraných materiálů. Tyto dvě metody nabízejí obrovský potenciál díky své možnosti kvantitativního vyhodnocování, jako je lokalizace a charakterizace emisních zdrojů. Avšak vzhledem k stochastickému charakteru těchto jevů je obecně známé, že problémy automatické lokalizace emisních událostí a identifikace zdroje jsou jedny z nejkritičtějších operací ve vyhodnocování experimentálních dat. Tato práce je zaměřena na charakterizaci degradačních procesů (nehomogenit) u modelového materiálu pomocí akustické a elektromagnetické emise. Jedním z dílčích cílů práce je ve vytvoření zdroje akustické a elektromagnetické emise. Speciální pozornost bude věnována metodice vyhodnocení signálů elektromagnetické a akustické emise a aplikace metod umělé inteligence dosud nepoužitých v této oblasti.
Školitel: Sedlák Petr, doc. Ing., Ph.D.
Před několika lety se podařilo vyrobit součástku nazývanou memristor, která byla teoreticky popsána již v roce 1971. V současné době se vyvíjejí pokročilé technologie, které umožní zlepšit vlastnosti a snížit cenu výroby. Samotná příprava memristoru není jednoduchá z důvodu dvou stechiometrických fází u použité materiálu, u něhož byl fenomén objeven. Cílem práce je využití pokročilých technik anodizace za současného využití samouspořádání v některých materiálech a vytvoření velmi uspořádané sítě memristorů. Následně je charakterizovat a vyzkoušet jejich propojení do demonstrační sítě a ukázat jejich vlastnosti pro aplikace, pro které je její využití vhodné jako např. paměti a neuronové sítě.
Školitel: Hubálek Jaromír, prof. Ing., 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
Hlavním cílem disertační práce je vytvořit metodologii pro aplikaci neuronových buněk na mikroelektronický čip a zkoumat podmínky pro jejich vzájemné propojování. Samotná metodologie a její optimalizace by měla být zaměřená na výběr vhodných buněk, jejich kultivace a zajištění fyziologických podmínek na čipu pro jejich dlouhodobé přežití. Dále bude součástí řešení práce výzkum schopnosti aplikovaných buněk přenášet elektrický signál a také možnost cíleného programování vytvořené sítě.
Materiály s vysokou permitivitou jsou zapotřebí pro nové aplikace, např. v integrovaných obvodech další generace (32 nm) či v kondenzátorech. Ve výrobě kondenzátorů jsou materiály s vysokou permitivitou žádoucí pro dosažení vyšší hustoty energie v kondenzátoru, a tedy ke zmenšování rozměrů. Ve výrobě polovodičových prvků je materiálů s vysokou permitivitou zapotřebí pro zachování hradlové kapacity při zvyšování tloušťky izolační vrstvy, vynuceném nárůstem svodových proudů při jejím ztenčování. Vzhledem k tomu, že hledané materiály s vysokou permitivitou, určené pro použití v křemíkových technologiích, musí být schopny projít jednotlivými výrobními kroky bez poškození, jedná se většinou o oxidy přechodných kovů (ZrO2, HfO2, Al2O3, Y2O3, La2O3, Ta2O5). Navíc musí být tyto materiály na křemíku dlouhodobě stabilní. Analogicky u dielektrik pro kondenzátory se musí jednat o látky schopné snést vypalování, tj. v podstatě o keramické materiály. Zpracování tématu si bude vyžadovat experimentální práce při přípravě vzorků, teoretické studium fyzikálních příčin vysoké permitivity i měření elektrických vlastností vybraných materiálů. K dispozici je vybavení laboratoře dielektrické relaxační spektroskopie na Ústavu fyziky FEKT VUT v Brně s frekvenčním rozsahem cca 10-3 - 109 Hz, včetně héliového kryostatu pro teplotní interval 10 - 500 K a řídícího softwaru.
Školitel: Liedermann Karel, doc. Ing., CSc.
Předmětem výzkumu budou dielektrické vlastnosti nanokompozitů pro elektrické izolace. Tyto materiály jsou založeny na vhodné pryskyřici, nejčastěji epoxidové, v níž jsou rozptýleny společně mikročástice i nanočástice různých oxidů, nejčastěji SiO2, TiO2, ale i Al2O3 či WO3, eventuálně i chemicky složitějších látek. Přítomnost nanočástic o rozměrech řádově 10 - 20 nm příznivě ovlivňuje odolnost nanokompozitů vůči částečným výbojům i vůči elektrickému treeingu, a tím i výšku průrazného napětí i schopnost odolávat degradaci. To pak ve svém důsledku vede k možnosti vyrábět elektrická zařízení (např. vn vypínače) s menšími rozměry a vyšší spolehlivostí. Významným problémem nanokompozitů je přítomnost velkého množství rozhraní v důsledku přítomnosti velkého počtu nanočástic se složitým povrchem (ani kulového ani rovinného tvaru). Tato rozhraní jsou málo stabilní a mohou vést k podstatným změnám elektrických vlastností během stárnutí. Jedním z cílů navrhovaného výzkumu by tedy bylo prostudovat chování nanokompozitů při urychleném stárnutí. Zpracování tématu si bude vyžadovat experimentální práce při přípravě vzorků, teoretické studium souvislostí mezi mikrofyzikální strukturou a elektrickými vlastnostmi i měření elektrických vlastností vybraných materiálů. K dispozici je vybavení laboratoře dielektrické relaxační spektroskopie na Ústavu fyziky FEKT VUT v Brně s frekvenčním rozsahem cca 10^2 - 10^9 Hz, včetně héliového kryostatu Janis CCS-400/204 pro teplotní interval 10 - 500 K a softwaru pro řízení měření. K dalším již zakoupeným, ale dosud nezprovozněným zařízením, která budou pro měření k dispozici, patří analyzátor Novocontrol ALPHA-AT s vysokým rozlišením a s frekvenčním rozsahem 3 Hz - 40 MHz a rovněž infračervený spektrometr Nicolet 8700 s Fourierovou transformací pro interval vlnových čísel 7 400 - 350 cm-1.
Při mechanickém zatěžování elektricky nevodivých pevných látek dochází ke vzniku mikrotrhlin, který je provázen generací elektromagnetického (EME) a akustického (AE) signálu. Tyto signály lze využít pro sledování vznikajících mikrotrhlin, určování některých jejich parametrů, jejich lokalizaci a na základě toho provádět hodnocení míry porušení daného materiálu. Aplikace těchto metod lze využít například v elektrotechnice, strojírenství nebo stavebnictví při diagnostice materiálů a konstrukcí. Cílem práce bude posoudit možnosti určování primárních parametrů vznikajících mikrotrhlin a jejich lokalizace jak v klasických materiálech, tak i v moderních kompozitních materiálech určených pro konstrukční účely. Bude proveden rozbor vzniku a šíření signálů EME a AE ve sledovaných materiálech a vypracovány příslušné modely. Bude navržena a laboratorně ověřena metodika určování vybraných primárních parametrů a lokalizace vznikajících mikrotrhlin využitelná v diagnostice daných materiálů.
Školitel: Koktavý Pavel, prof. Ing., CSc. Ph.D.
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.
Cílem doktorské disertační práce bude analýza elektronického šumu v monokrystalických vzorcích CdTe a dále v senzorech záření vyrobených na bázi CdTe. Bude studována problematika zdrojů šumu 1/f s přihlédnutím na fluktuace počtu nosičů náboje, nebo jejich pohyblivost. Šumová spektrální hustota je velice silně závislá na teplotě, osvětlení a elektrickém poli. Při experimentálním sledování bude počet volných nosičů náboje řízen elektrickým polem, osvětlením a pracovní teplotou. Experimentální výsledky zdrojů šumů budou interpretovány pro kontakty, povrch a v objem vzorků. Ze závislosti a tvaru spektrální šumové hustoty bude určena střední volná dráha nosičů, energetické hladiny pastí a lokality defektů.
Školitel: Grmela Lubomír, prof. Ing., CSc.
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.
Studium utváření mazacího filmu mezi třecími povrchy kloubních náhrad se zaměřením na úlohu proteinů při snižování tření a opotřebení. Kolorimetrická interferometrie v kombinaci s fluorescenční mikroskopií bude použita ke stanovení změn v tloušťce mazacího filmu v závislosti na složení bovinního séra, které bude simulovat vlastnosti synoviální tekutiny.
Disertační práce bude cílena na aplikaci pokročilých metod zobrazení biologických objektů pomocí rastrovacích sondových mikroskopů (SPM – AFM, SNOM). Problémem bude fakt, že biomolekuly mohou na rozdíl od uhlíkových nanotrubiček nebo kovových nanočástic, podléhat deformacím při měření. Experimentální práce by měla spočívat v depozici různých biomolekul, jejich zobrazení pomocí AFM a SNOM, analýze experimentálních dat a demonstraci různých možností SPM mikroskopů.
Školitel: Tománek Pavel, prof. RNDr., CSc.