diplomová práce

Příprava a charakterizace hybridních materiálů na grafenové bázi

Text práce 7.8 MB

Autor práce: Ing. Jakub Hrubý

Ak. rok: 2016/2017

Vedoucí: doc. Ing. Petr Neugebauer, Ph.D.

Oponent: Dr. Mgr. Jiří Novák, Ph.D.

Abstrakt:

Grafen v kombinaci s komplexy kovů by mohl poskytnout nové přísutpy v hybridních
materiálech založených na grafenové bázi a v oblasti molekulárního magnetismu. Obě
témata jsou velmi diskutovaná jako taková, nicméně, výzkumu vedoucího k možnosti
jejich míchání není mnoho. Vzorky byly připraveny sonikací grafitu v kapalné fázi, což
vedlo k exfoliaci grafenu. Následně byly nadeponovány pomocí modiikované Lagmuirovy–
Schaeferovy depoziční metody různé komplexy kovů na substrát pokrytý grafenem. Klíčovým krokem bylo určení vlastností takto připraveného materiálu. Proto byly následně
vlastnosti takového hybridního materiálu charakterizovány pomocí vysokofrekvenční elektronové
paramagnetické rezonance (angl. HFEPR), rastrovacího elektronového mikroskopu,
(angl. SEM), Ramanovou spektroskopií a čtyř bodovou metodou měření odporu. V této
práci jsme potvrdili naši presumpci, že je možné vytvořit hybridní materiál smícháním
exfoliovaného grafenu s molekulárními magnety pro získání nových magnetických a elektronických
vlastností, které by mohly být využity v další generaci detektorů a elektroniky.

Klíčová slova:

grafen, exfoliace v kapalné fázi, molekulární magnetismus, spektroskopie, magnetochemie,
komplexy kovů

Termín obhajoby

21.6.2017

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaAznamka

Klasifikace

A

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Aplikované vědy v inženýrství (M2A-P)

Studijní obor

Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (M-FIN)

Složení komise

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Eduard Schmidt, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Jakub Hruby, se zhostil diplomove prace, psane v anglictine, zabyvajici se pripravou a charakterizaci hybridnich materialu, s nadsenim, velice zodpovedne a splnil vsechny pozadavky zadani nad ramec prvotnich ocekavani. Svou praci velice ctive a systematicky, s minimem chyb, provazi ctenare nezbytnou teorii pouzitych experimentalnich technik (electron paramagneticka a Ramanovska spektroskopie, rastrovaci elektronova microskopie) a pouzitych jednotlivych latek (graphenu a paramagnetickych molekul) ke tvorbe vysledneho hybridniho materialu, vcetne pouzite Langmuir-Blodgett methody k priprave dvoudimenzionalnich vrstev. V experimentalni casti rozebira dosazene vysledky jednotlivych pouzitych molekul jednotlive v podkapitolach. V zaveru pak shrnuje dosazene vysledky v rozsahlem pojednani. Pokud bych mel jeho praci neco vytknout, tak je to prace s referencemi. Mel by se vice odkazovat k originalnim pracim. Dale, v jednotlivych podkapitolach, by mohl vice pracovat s dosazenymi vysledky. Behem diplomove prace ukazal odhodlani se oddat tematu, vyuzival zkusenych odborniku nejen na Brnenske univerzite, ale i z University Palackeho v Olomouci (synthesa molekul), Slovenske akademie ved  v Bratislave (depozice molekul) a neposledni rade i University ve Stuttgartu. Jakub Hruby pracoval samostatne, cilevedome vyuzival veskere zazemi a znalosti starsich kolegu pro dosazeni co nejlepsich vysledku.

Jako vedouci jeho diplomove prace jsem s jeho praci velmi spokojen a navrhuji jeho praci k obhajobe!
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

V diplomové práci se Bc. Jakub Hrubý zabývá depozicí molekulárních nanomagnetů (MN) na křemíkové substráty pokryté několikavrstvým grafenem a charakterizací těchto vzorků. Vrstvy celkem pěti různých MN a grafen samotný jsou nanášeny technikou Langmuira-Schaefera (LS). Vzorky s jednotlivými typy molekul jsou pak charakterizovány pomocí Ramanovy spektroskopie (RS), vysokofrekvenční elektronové paramagnetické resonance (HFEPR),  skenovací elektronové mikroskopie (SEM) a optická mikroskopie. Práce má velmi dobrou odbornou úroveň se sporadicky se vyskytujícími chybami a nejasnými formulacemi v textu. Je třeba ocenit široké spektrum experimentálních technik, které student použil. DP je psána v angličtině, která má vysokou úroveň v teoretické části, kde bylo široce čerpáno z literatury, a stále velmi dobrou úroveň v dalších částech, kde se jen ojediněle vyskytují málo srozumitelné věty či pravopisné chyby. Celkově byly stanovené cíle DP práce splněny a práce je příspěvkem k aktuálnímu tématu depozice MN na grafen. Text DP je dělen na Předmluvu, Úvod,  Experiment a Závěr. V Úvodu se zmiňuje historie výzkumu grafenu a MN a motivace pro vytváření hybridních struktur grafenu s MN s četnými odkazy na aktuální literaturu. Část Teorie je na čistě experimentálně orientovanou práci relativně rozsáhlá (27 stran) a obsahuje řadu rovnic a vztahů, které nejsou ve zpracování experimentálních dat a diskuzi výsledků využity. Vyskytuje se zde několik drobných chyb, patrně spíše překlepů z nichž bych uvedl: (i) str. 21, rovnice (2.40): ve všech výrazech za třetím znaménkem rovná se „=“ je Avogradrova konstanta NA v čitateli, ale má být ve jmenovateli. Navíc, tato chyba je opakovaně uvedena v experimentální části u pojednání o každém ze zkoumaných vzorků (str. 49, 55, 60, 67 a 73) s neustále se opakujícím se  vysvětlováním veličin ve vztahu, místo aby byl pouze uveden odkaz na rovnici (2.40) (tak text ztrácí na plynulosti a získává na zbytečném objemu). (ii) str. 21, odstavec za rovnicí (2.40) – veličina M v rovnici (2.40) je interpretována jako molekulární hmotnost, ale podle dalších veličin v rovnici se jedná o molární hmotnost (nicméně tato chyba se vyskytuje už v monografii, ze které diplomant vychází). (iii) str. 33, odst. 2: uvedeno „in high vacuum regime (p=10-3 – 105 Pa),“  což má být patrně „in high vacuum regime (p=10-3 – 10-5 Pa).“ (iv) Str. 20, 1 řádek: „where p, V , T are intensive properties and ni is an extensive property (e.g. number of moles, entropy, internal energy).“ - objem je chybně uveden jako intenzivní veličina. V první části kapitoly Experiment jsou popsány některé použité experimentální techniky (depoziční technika LS, čtyřbodová metoda měření odporu, HFEPR aparatura) (str. 35 – 44). V další časti kapitoly Experiment (str. 44 – 79) jsou popsány u jednotlivých  studovaných vzorků syntéza molekul MN, depozice vícevrstvého grafenu a MN vrstev s použitými depozičními  parametry, naměřená Ramanova spektra, HFEPR spektra a vybrané obrázky ze SEM. Výsledky charakterizace vzorků jsou zde částečně diskutovány. Kapitolu „Experiment“ by bylo vhodnější, z hlediska přehlednosti, rozdělit na dvě části týkající se 1. popisu experimentálních metod a zpracování dat a 2. výsledků, či výsledků a diskuze výsledků. Dále následuje kapitola „Závěr“ (str. 81 – 84), která obsahuje i část diskuze a srovnání výsledků měření u jednotlivých vzorků. Lépe by bylo oddělit diskuzi od závěru. Vhodné by bylo též přesunout části kapitoly „Experiment,“ které popisují práce provedené jinou osobou než diplomantem (např. patrně syntézy molekul), do nové kapitoly „Přílohy,“ což by usnadnilo identifikaci vlastního příspěvku diplomanta. Celá DP je uzavřena bohatým seznamem použité literatury.

V práci diplomant použil celou řadu experimentálních metod vypovídajících o optických, elektronických, magnetických, a strukturních vlastnostech vzorků. Nicméně, některá pozorování zůstávají bez komentářů např.: (i) Str. 52, na Obr. 3.21: v HFEPR spektru je označena hyperjemná struktura, která se nevysvětluje a nepopisuje nikde v textu (ani v teorii), krom zmínky v prvním odstavci téže strany „Figure (3.21) shows measured HFEPR spectra of bulk Cu(dbm)2. In this case, hyperfine-tensor A components were determined.“ a následně jsou v Tab. 3.6 uvedeny složky tenzoru A (Ax, Ay, Az), aniž by bylo v hlavičce tabulky či v textu zmíněn význam veličin. Konkrétně, není diskutováno, co z pozorování hyperjemné struktury plyne a nejsou komentovány velikosti komponent tenzoru A a jeho anizotropie. (ii) U většiny vzorků s molekulami MN jsou naměřena teplotně závislá HFEPR spektra (např. Obr. 3.30). Není komentováno, co z teplotně závislého posunu píků ve spektrech plyne. Dále, proč nebylo teplotně závislé HFEPR naměřeno pro molekulu Cu(dbm)2? Dále, k některým metodám nejsou poskytnuty dostatečné informace: (i) Modely a výpočty které byly použité pro fitování HFEPR spekter (např. Obr. 3.21, 3.38 etc.) nejsou vysvětleny příp. není na ně uveden zjevný odkaz. (ii) Stejně tak k fitu HFEPR spekter Drudeho modelem (Obr. 3.42) není uvedena žádná teorie ani odkaz, přitom fitovaný model (vztah) je velmi jednoduchý. (iii) Není uvedeno jakou metodou byla měřeno zastoupení prvků v produktu chemické syntézy MN Cu(dbm)2 (Str. 48 dole). (iv) V popisu depozice prvního zkoumaného MN jsou uvedeny pojmy „Finding“ a „Deposition“ bez bližšího vysvětlení jejich významu (poprvé na str. 49, odst. 3: „The molar concentration for both ’Finding’ and ’Deposition’ of Cu(dbm) 2 was 5 mM (M = mol/L). The volume VFINDING = 750 μL and VDEPOSITION = 1400 μL.“ - zde též chybějící sloveso v druhé větě). (v) Obr. 3.3 a 3.5, týkající se depoziční techniky LS, jsou zavádějící: (a) Substrát je na obrázku umístěn hluboko pod spodní hranou bariér. Při tomto uspořádání by v průběhu depozice při poklesu hladiny pod hranu bariér došlo k rozprostření molekul na celý povrch vaničky (tj. podtečení bariér) a v momentě přenosu molekul na substrát by předchozí komprese molekul bariérami neměla žádný význam. (b) Na povrchu substrátu jsou zobrazeny orientované amfifilní molekuly s hydrofilní „hlavičkou“ (kroužek) a hydrofobním „ocáskem“ (CH2-řetězec, cik-cak čára), ale ani jedna z deponovaných molekul není amfifilního typu a podobného tvaru. Molekuly se tedy ani nebudou patrně samoorganizovat na povrchu tak, jak je znázorněno na obrázku.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A

Známka navržená oponentem: B