dizertační práce

Study of Electric and Dielectric Properties of Ionic Liquids

Text práce 5.16 MB Teze 2.53 MB

Autor práce: Ing. Jakub Altšmíd, Ph.D.

Ak. rok: 2019/2020

Vedoucí: prof. RNDr. Stanislav Nešpůrek, DrSc.

Oponenti: prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc., doc. RNDr. Milan Mikula, Ph.D.

Abstrakt:

Dizertační práce je zaměřena na studium elektrických a dielektrických vlastností iontových kapalin. Iontové kapaliny mohou nacházet uplatnění v široké škále aplikací, především pak v elektrotechnice. Teoretická část se věnuje popisu základních vlastností iontových kapalin a možností jejich uplatnění v kondenzátorech a elektrochemických senzorech plynů. Experimentální část se věnuje použitým metodám charakterizace vlastností iontových kapalin, jsou zde popsány teoretické poznatky o dielektrické spektroskopii včetně metod stanovení fyzikálních vlastností a vyhodnocení experimentálních dat. Experimentální část je rozdělena na dvě základní části. První se věnuje studiu iontových kapalin pro použití jako elektrolytu v kondenzátorech, druhá část se věnuje studiu vlastností připravených experimentálních senzorů na NO2, zejména vlivem vlastností iontových kapalin na sledované parametry senzoru.

Klíčová slova:

Iontové kapaliny, impedanční spektroskopie, amperometrický NO2 senzor, kondenzátor, elektrolyt

Termín obhajoby

9.12.2019

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaPznamka

Průběh obhajoby

Předseda komise představil doktoranda. Ing. Jakub Altšmíd absolvoval v roce 2009 bakalářské a v roce 2011 magisterské studium na VŠCHT, Fakultě chemicko - technologické v Praze. Má řadu pracovních zkušeností, např. 2015 – dosud Preciosa, a.s., R&D specialista, 2008 – 2011 SQS Fiber optics, a.s. Má dva články v impaktovaných časopisech, v jednom případě je uveden jako první autor. Je také autorem dvou publikací a konferenčních příspěvků. V letech 2010 – 2011 byl začleněn do projektu podporovaného EU s názvem POPUCH (popularizace chemie na středních školách). Oponenti přečetli posudky. Oba byly kladné a doporučovaly práci k obhajobě. Posudky obsahovaly řadu dotazů, na které doktorand uspokojivým způsobem odpověděl. Poté se rozproudila diskuze nad tématem dizertační práce, doktorand zodpověděl i otázky, které vyplynuly z této diskuze.

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní obor

Chemie, technologie a vlastnosti materiálů (DKCO_CHM_4)

Složení komise

prof. Ing. Oldřich Zmeškal, CSc. (předseda)
doc. Ing. Ota Salyk, CSc. (člen)
doc. Tomáš Syrový (člen)
prof. Ing. Martin Weiter, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc., oponent (člen)
doc. Ing. Milan Mikula, CSc., oponent (člen)

Po nástupu na doktorské studium se Ing. Jakub Altšmíd začal zabývat využitím iontových kapalin v elektronických prvcích, zejména v elektrolytických kondenzátorech a elektrochemických NO2 senzorech. Jeho úkolem bylo: (1) prozkoumat možnosti zvýšení průrazného napětí tantalových kondenzátorů pomocí iontových kapalin, (2) připravit elektrochemické senzory s elektrolytem obsahujícím iontovou kapalinu. Experimentální práce týkající se kondenzátorů včetně studia dielektrických vlastností iontových kapalin byly provedeny na Fakultě chemické VUT v Brně, experimentální aktivity týkající se senzorů probíhaly na Fakultě elektrotechnické Západočeské univerzity v Plzni. Ing. Altšmíd se postavil k řešení obou úkolů aktivně. Jeho pečlivost a snaha získat dobré a reprodukovatelné výsledky byla příkladná. V případě prvého úkolu postavil experimentální aparaturu, na které provedl veškerá měření. Pokud jde o závislost průrazného napětí struktur Ta/Ta2O5 na elektrické vodivosti iontových kapalin získal zajímavé výsledky dosud nezmíněné v literatuře. Pokud jde o NO2 senzory provedl celou řadu měření týkajících se závislostí citlivosti na koncentraci plynu a prokázal použití Langmuirovy izotermy pro sorpční a desorpční procesy. Měření byla provedena na několika senzorech s různými iontovými kapalinami. Je nutné zmínit také použití obrazové analýzy fraktálních struktur k charakterizaci elektrolytu.

Ing. Altšmíd získal veškeré experimentální výsledky během řádného doktorského studia, ale pak mu rodinné a zdravotní problémy neumožnily práci dokončit. To je také důvod proč disertační práci podává až v osmém roce studia. Výsledky shrnul do dvou publikací a dvou konferenčních příspěvků. Předepsané zkoušky skládal v souladu se studijním plánem.

Vzhledem k získaným výsledkům doporučuji postoupit disertační práci, kterou Ing. Jakub Altšmíd vypracoval v rámci studijního oboru „Chemie, technologie a vlastnosti materiálů“, k obhajobě a po úspěšné obhajobě mu udělit titul Ph.D.
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 1.32 MB

Štúdium elektrických a dielektrických vlastností Iónových kvapalín je pre ich unikátne vlastnosti veľmi zaujímavou a aktuálnou témou, najmä v súvislosti s aplikáciami v tlačenej elektronike a senzorike.
V teoretickej časti práce sa autor dosť podrobne (polovina obsahu, 35 strán) a fundovane venuje popisu základných vlastností iónových kvapalín, včítane elektrochemických špecifík, v súvislosti s uplatnením iónových kvapalín v kondenzátoroch a elektrochemických senzoroch plynov, s rozsiahlou a dobre zacielenou rešeršou (94 citácií). Pomerne veľký (možno nadbytočný) priestor venuje rôznym typom senzorov.
Experimentálna práca je rozdelená do 3 častí: 1. meranie vlastností sady 8 racionálne vybraných iónových kvapalín (IL), relevantnými metódami (UV-Vis, IČ spektrá TGA a Impedančné merania), 2. vlastnosti ILs pre aplikáciu v kondenzátoroch a 3. aplikácia ILs v senzore NO2, včítane vplyvu vlastností ILs na parametre senzoru. Experiment s adekvátnymi metodikami je zrozumiteľne popísaný, v logickom slede (s výnimkou popisu AJP a morfológie SPE) a so stručným zhodnotením (miestami aj strohým).
Viaceré merané vlastnosti vybraných ILs potvrdzujú trendy súvisiace s ich zložením a očakávané teóriou. Boli zistené zaujímavé výsledky týkajúce sa aplikácie ILs v kondenzátoroch, i keď dosahované kapacity sú nižšie ako pre komerčné elektrolyty.
Veľmi zaujímavým riešením sú senzory s iónovými kvapalinami imobilizovanými v polymérnej matrici, „tuhé polymérne elektrolyty“(SPE), ktoré umožňujú ich nízkonákladovú tlač senzorov i na polymérne substráty.
Viaceré dosiahnuté výsledky sú pôvodné, už publikované (2 CC práce a 2 iné), alebo publikovateľné a prispievajú k rozvoju tlačenej a organickej elektroniky.
    V práci nie sú explicitne uvedené ciele, okrem 4 bodov uvedených v zadaní, v špecifikácii doktorskej práce. Konštatujem, že tieto body boli naplnené.

Anglický text je zrozumiteľný, s logickými a dobre formulovanými vetami. V práci je pomerne málo formálnych chýb, napr.:
       - IR spektrá ILs (1 až 7), str.38... uvedených je len 6 spektier (7, a 8 sa nerobili?)
   - UV spektrá (1 – 6), str.39: „in Figs.16 (in water) and 17 (in hexane)“...v skutočnosti sa jedná o 6 spektier vo vode, 7 v hexáne a reálne na Figs.24 and 25.
   - AJP technológia uvedená na str. 56 je definovaná až neskôr, rovnako ako typ pracovnej C-elektródy (5 strán nižšie).
   - Morfologická analýza C-vrstvy je podaná skôr ako PSE vrstvy, čo pôsobí rušivo.

Záverom konštatujem, že predložená práca spĺňa všetky nároky kladené na dizertačnú prácu. Kandidát Ing. Jakub Altšmíd ňou preukázal schopnosť a pripravenosť k samostatnej tvorivej činnosti v danej oblasti výskumu a vývoja. Práca prináša nové poznatky prínosné pre vedu i prax a preto navrhujem, aby práca bola prijatá ako dizertačná a doporučujem ju k obhajobe.



V Bratislave, 2. decembra 2019
Doc. RNDr. Milan Mikula, CSc.
Ústav prírodných a syntetických polymérov
Odd. polygrafie a aplikovanej fotochémie
FCHPT STU, Bratislava