Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
FEKTZkratka: PP-FENAk. rok: 2013/2014
Program: Elektrotechnika a komunikační technologie
Délka studia:
Profil
Cílem studia je poskytnout ve všech dílčích zaměřeních doktorské vzdělání absolventům vysokoškolského magisterského studia. Vytvořit interdisciplinární přehled současného vývoje, prohloubit teoretické základy ve zvoleném oboru, zvládnout metody vědecké práce, rozvíjet tvůrčí schopnosti a využít je při řešení vědeckého problému, který vyústí ve vypracování disertační práce přinášející vlastní původní přínos v daném oboru.
Klíčové výsledky učení
Absolvent oboru získá znalosti mezioborového charakteru z technických a přírodovědních disciplin na vysoké teoretické úrovni. Pro další samostatnou výzkumnou a vývojovou práci je vybaven vědomostmi zejména z fyziky polovodičů, kvantové elektroniky, matematického modelování a umí samostatně řešit problematikou spojenou s nanotechnologiemi. Uplatnění najde především jako vědecký pracovník základního nebo aplikovaného výzkumu při tvůrčím zavádění a využívání nových perspektivních a ekonomicky výhodných postupů v oblasti elektroniky, elektrotechniky, nedestruktivního testování spolehlivosti a materiálové analýze.
Profesní profil absolventů s příklady
Garant
prof. RNDr. Pavel Tománek, CSc.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
Významnou roli v mnoha technologických zařízeních využívajících plazmové procesy hraje radiační přenos energie. Experimentální sledování je velmi obtížné, proto se často přistupuje k matematickému modelování. Pro teoretické modelování je nutná znalost absorpčních vlastností plazmatu. Cílem práce je shromáždit atomární a molekulární data, která budou sloužit jako vstupní data pro výpočet koeficientů absorpce vybraných druhů plazmatu. Jedná se o vyhledávání dat v dostupných databázích na Internetu, jejich počítačové zpracování, vytvoření vlastní databáze ve tvaru vstupních souborů pro další počítačové zpracování.
Školitel: Bartlová Milada, doc. RNDr., Ph.D.
Elektromagnetická (EME) a akustická emise (AE) patří mezi moderní metody pro studium vzniku a chování mikrotrhlin. Signály EME a AE jsou generovány při vzniku trhlin během mechanického zatěžování pevných nevodivých materiálů. Pomocí vhodně navržené metodiky snímání, zpracování a vyhodnocování signálů EME a AE je možné získat hodnotné informace o procesech probíhajících při vzniku trhlin v pevných látkách. Hlavním úkolem této práce bude doplnit nově vzniklé pracoviště o moderní metody spektrální analýzy měřených signálů s cílem vhodně popsat analyzované signály v časově-frekvenční oblasti. Na signály EME a AE lze mimo prvotní impulz pohlížet jako na signály úzkopásmové, a proto se tyto metody budou zaměřovat na analýzu úzkopásmových signálů v širokopásmovém šumu pozadí. Vhodným popisem je myšleno použít takové typy transformací nebo zobrazení, které dokáží popsat co nejpřesnějším způsobem změnu amplitudy a frekvence jednotlivých harmonických složek analyzovaného úzkopásmového signálu. Další řešenou problematikou bude aplikace metod vhodných pro časovou lokalizaci vzniku události v superpozici se šumem. Jedná se o specializované metody, které dokáží stanovit vznik události ze spektrální analýzy v časově-frekvenční oblasti. Doktorand bude během své výzkumné práce zapojen do vědeckovýzkumného projektu GAČR P104/11/0734 (Využití elektromagnetické a akustické emise ve výzkumu moderních kompozitních materiálů pro konstrukční aplikace) a projektů SIX (Centrum senzorických, informačních a komunikačních systémů) a CEITEC (Středoevropský technologický institut).
Školitel: Koktavý Pavel, prof. Ing., CSc. Ph.D.
Cílem PhD práce bude studium metod pro diagnozu a hodnocení defektů materiálů v makro a mikroměřítku. Východiskem budou jednak údaje z digitálních kamer, jednak z rastrovacích sondových mikroskopů. Výsledky budou korelovány s používanými elektrickými a optickými metodami.
Školitel: Tománek Pavel, prof. RNDr., CSc.
Nanokompozity představují další aktuální trend v materiálovém výzkumu, jež se začíná v posledních letech stále více uplatňovat. Nanokompozity jsou dvoufázové materiály tvořené polymerní matricí a zpevňující fází, jejíž alespoň jeden rozměr spadá do oblasti nanometrů. Nanočásti se přidávají do laků za účelem zlepšení některých parametrů základního materiálu a jsou v dnešní době využívány ve velmi širokém spektru průmyslu.
Školitel: Holcman Vladimír, doc. Ing., Ph.D.
K predikci chování konstrukčního materiálu během jeho provozního života je důležité evaluovat mechanickou odezvu na různé druhy zátěžových testů namáhání při jeho mechanickém či teplotním zatěžování pomocí studia vzniku a růstu nehomogenit a jevů vyvolaných zničením a degradací. Pasivní metody nedestruktivního testování, jako jsou akustická emise a elektromagnetická emise, umožňují dlouhodobé monitorování materiálu a kvantitativní vyhodnocení v podobě lokalizace a charakterizace emisního zdroje (nehomogenity). Tato práce bude 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, kde klíčovým krokem bude definování vhodných signálových parametrů emisních událostí v časové, frekvenční a časově-frekvenční oblasti a dále nalezení vhodné metody pro redukcí dimenzí, která je vždy kritická pro aplikaci metod shlukové analýzy.
Školitel: Sedlák Petr, doc. Ing., Ph.D.
Předmětem práce je nedestruktivní studium defektních oblastí ve struktuře moderních tenkovrstvých solárních článků jako jsou například Cu(InGa)Se2. Tyto materiály mají velmi vysoký absorpční koeficient a s tím spojenou účinnost konverze optické energie. Celková tloušťka funkční struktury se pohybuje okolo 3 µm a je velmi náchylná na výskyt lokálních i objemových defektů snižující účinnost a životnost. Studiem těchto defektů lze zjistit velmi cenné informace o ztrátových mechanizmech o transportu náboje a lze navrhnout technologická opatření pro jejich eliminaci. Pro diagnostiku bude využíváno několik metod jako například sledování vyzařování CCD a infračervenou kamerou, sledování odezvy na lokální ozáření, mikroskopické studium povrchu a jeho modifikace iontovým svazkem, měření fluktuací napětí a proudů apod.
V procesu zvyšování účinnosti a životnosti solárních článků je klíčovou otázkou určení základních parametrů sledované struktury. V současné době existuje k tomuto účelu řada metod, které však dávají často značně rozdílné výsledky. Cílem práce bude výzkum pokročilých moderních metod pro určování takových parametrů, jako jsou kvantová účinnost, doba života minoritních nosičů, koncentrační profily příměsí v PN přechodech a dalších. Získané výsledky budou využity pro návrh a ověření vhodných metodik pro měření a vyhodnocení vybraných parametrů konkrétních typů solárních článků, především monokrystalických, polykrystalických a amorfních Si článků, dále pak CIGS článků. Doktorand bude během své výzkumné práce zapojen do vědeckovýzkumných projektů SIX (Centrum senzorických, informačních a komunikačních systémů) a CEITEC (Středoevropský technologický institut).
Při výrobě křemíkových solární článků dochází vzhledem k jejich velké ploše ke vzniku množství nehomogenit a defektů. Ty potom snižují kvalitu článků a způsobují při provozu v solárních panelech i snížení jejich účinnosti. Cílem práce bude měření a analýza těchto ztrátových mechanismů jak na hranách, tak i v objemu vzorků, pomocí sledování jejich projevů při elektrickém nebo optickém buzení. Zde budou studovány především charakteristiky emitovaného záření v závěrném i propustném stavu při elektrickém buzení (spektroskopie ve viditelné oblasti pomocí CCD kamery, infračervená spektroskopie, měření termokamerou), proudové fluktuace při napěťovém zatěžování, lokální studium povrchových vlastností (LBIC, elektronová mikroskopie) a další charakteristiky. Výsledkem bude popis jednotlivých typů ztrátových mechanismů a posouzení jejich vlivu na účinnost solárních článků a panelů. Doktorand bude během své výzkumné práce zapojen do vědeckovýzkumných projektů SIX (Centrum senzorických, informačních a komunikačních systémů) a CEITEC (Středoevropský technologický institut).
Radiační přenos energie výrazně ovlivňuje fyzikální procesy probíhající v plazmatu, hraje důležitou roli v mnoha zařízeních využívajících plazmové procesy, např. při tvorbě povrchů specifických vlastností, pro syntézu látek, likvidaci škodlivin, plazmovou metalurgii, apod. Cílem práce je pomocí aproximační metody diskrétních ordinát (SN-aproximace) najít řešení rovnice přenosu záření, získané výsledky pro vyzářenou energii a tok záření pro vybrané druhy plazmatu srovnat s již známými výsledky získanými jinými aproximačními metodami (metodou parciálních charakteristik, difuzní aproximací), diskutovat výhodnost a použitelnost jednotlivých výpočetních metod.
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.
Zmenšování rozměrů v integrovaných obvodech (dnes 32 nm) vede ke zvyšování kapacit mezi vodiči, a ve svém důsledku ke snižování rychlosti přenosu signálu. Limitujícím faktorem pro zvyšování výkonu IC se tak stávají nikoli již vlastnosti samotných polovodičových prvků, ale rychlost přenášení signálu mezi nimi, a tedy kapacit. Jednou z možností pro snižování kapacit mezi vodiči je snižování permitivity dielektrických izolačních vrstev (kapacita je přímo úměrná permitivitě použitého materiálu). Dnes jsou patrné dvě cesty, buď nahrazování polárních vazeb Si-O vazbami méně polárními (Si-F, Si-C) nebo zvyšování porozity (tj. vytváření směsi původního dielektrika se vzduchem). Nově navrhované materiály s nízkou permitivitou přitom nesmějí výrazně omezovat současně používané křemíkové technologie a dále musí být schopny absolvoval všechny výrobní kroky (včetně teplot cca 1100 °C). Zpracování tématu si bude vyžadovat experimentální práce při přípravě vzorků, teoretické studium možností dosažení nízkých permitivit i měření elektrických vlastností vytvořených materiálových systémů. K dispozici je vybavení laboratoře dielektrické relaxační spektroskopie na Ústavu fyziky FEKT VUT v Brně s frekvenčním rozsahem cca 10^(-3) – 10^9 Hz, včetně héliového kryostatu Janis CCS-400/204 pro teplotní interval 10 – 500 K. dalším zařízením patří analyzátor Novocontrol ALPHA-AT s vysokým rozlišením a s frekvenčním rozsahem 3 μHz – 40 MHz a rovněž infračervený spektrometr Nicolet 8700 s Fourierovou transformací pro interval vlnových čísel 20 000 – 350 cm^(-1).
Školitel: Liedermann Karel, doc. Ing., CSc.
Cílem výzkumu je studium elektrických vlastností elektrotechnické keramiky na bázi CaCu3Ti4O12 (CCTO) s příměsemi přechodových kovů a lanthanidů. Pozornost bude soustředěna především na identifikaci mechanismů vedoucích k vysoké permitivitě (řádu 10^4 – 10^5) a na následnou modifikaci keramiky CCTO s cílem snížit dielektrické ztráty a rozšířit frekvenční interval, v němž si permitivita zachovává svou vysokou hodnotu, směrem do oblasti GHz. 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. 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 10^2 – 10^9 Hz, včetně héliového kryostatu Janis CCS-400/204 pro teplotní interval 10 – 500 K a řídícího softwaru. K dalším zařízením, která jsou pro měření k dispozici, patří mj. analyzátor Novocontrol ALPHA-AT s vysokým rozlišením a s frekvenčním rozsahem 3 μHz – 40 MHz a rovněž infračervený spektrometr Nicolet 8700 s Fourierovou transformací pro interval vlnových čísel 20 000 – 350 cm^(-1).
Fyzikální procesy probíhající v látkách jsou povahy stochastické vzhledem k částicovému charakteru látek, a makroskopicky se projevují fluktuacemi měřitelných veličin neboli šumem. Při experimentálním studiu či jakémkoliv obyčejném měření se zpravidla monitoruje pouze střední hodnota měřitelné veličiny, nicméně díky analýze fluktuací měřených veličin pomocí statistických charakteristik vyšších řádů můžeme získat v některých případech další informace o jednotlivých procesech probíhajících experimentálně. Tyto fluktuační mechanismy také mohou reprezentovat užitečné informace o fyzikálních nebo chemických procesech vyskytující se v senzoru. Experimentální výsledky demonstrovali změnu šumové spektrální hustoty u fluktuací odporu vodivostního senzoru, pokud byl tento vystaven různým plynům stejně jako různé koncentraci plynu. Cílem práce bude analýza těchto fluktuačních procesů v závislosti na koncentraci analyzovaných látek pomocí měření šumových a transportních charakteristik. Dále budou provedeny experimentální a teoretické studie, na jejichž základě budou navrhnuty detekční kritéria a zapracován nový algoritmus vycházející z algoritmu podpůrných vektorů (Support Vector Machine) pro zpracování nelineárních efektů, které jsou pozorovány při detekci plynů.
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 SiO_2, TiO_2, ale i Al_2O_3 či WO_3, 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.
Při mechanickém zatěžování elektricky nevodivých pevných látek dochází ke vzniku mikrotrhlin, který je provázen generací akustického (AE) a elektromagnetického (EME) 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 ve elektrotechnice, strojírenství a stavebnictví při diagnostice materiálů a konstrukcí nebo v geofyzice při predikci zemětřesení. Cílem práce bude posoudit možnosti určování primárních parametrů vznikajících mikrotrhlin a jejich lokalizace jak v klasických materiálech jako je beton nebo žula, 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. Důležitou součástí řešení bude i problematika řízení hydraulického lisu a vytvoření automatizovaného pracoviště pro měření signálů EME a AE. Doktorand bude během své výzkumné práce zapojen do vědeckovýzkumného projektu GAČR P104/11/0734 (Využití elektromagnetické a akustické emise ve výzkumu moderních kompozitních materiálů pro konstrukční aplikace) a projektů SIX (Centrum senzorických, informačních a komunikačních systémů) a CEITEC (Středoevropský technologický institut).
Vyšetření srdeční tepu lidského plodu se provádí pravidelně se zkracující se periodou po 30tém týdnu těhotenství. Analýza srdečního tepu plodu a kontrakcí dělohy je jedním z bezpečných způsobů, jak vyšetřit stav dítěte před porodem. Cílem této práce je navrhnout nejprve vhodnou aparaturu akustické emise a poté provést měření na významném vzorku nastávajících maminek. Hlavní přínos spočívá ve studiu zaznamenaných signálů z hlediska možných nelinearit.
Předpokládaná životnost součástek používaných pro vesmírné aplikace je minimálně 10 let. Odhad dlouhodobé spolehlivosti je v současné době prováděn především na základě změny sledovaných parametrů v důsledku časově náročných testů na bázi zrychleného stárnutí. Součástky, které projdou těmito testy a změna sledovaných parametrů je v určených mezích, jsou posléze certifikovány k požadovanému využití. Lze nicméně předpokládat, že použité testy spolehlivosti dodají do měřených struktur řadu defektů. Využití elektronického šumu k odhadu kvality a spolehlivosti pasivních součástek by tak představovalo skutečnou nedestruktivní metodu. Cílem práce je určení korelace mezi výchozí hladinou elektronického šumu a výsledky testů po dlouhodobém stárnutí.
Školitel: Sedláková Vlasta, doc. Ing., Ph.D.
Vláknové optické senzory nabízejí v dnešní době široké množství aplikací. Mezi jejich základní výhody patří nízká hmotnost, velmi malé rozměry, pasivita, vysoká citlivost, linearita, odolnost proti chemické korozi, vysoké teplotě, velká šířka pásma a hlavně odolnost proti elektromagnetickému rušení. Tyto senzory tak můžeme využít jako senzory rotace, zrychlení, teploty, tlaku, vlhkosti chemických a biochemických vlastností. Tématem této práce je se zaměřit na použití těchto senzorů pro oblast diagnostiky materiálů, či monitorování budov a konstrukci (structual health monitoring), kdy se detekuje akustická vlna generovaná degradačními procesy v materiálu či konstrukci monitorovaného objektu. Cílem práce je navrhnout a implementovat systém, jež by například mohl sloužit k detekci částečných výbojů u výkonových transformátorů.