NETOČNÝ, M. Řízení struktury polymerního nanokompozitu pomocí magnetického pole [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2017.

Posudek vedoucího

Jančář, Josef

Práce se věnuje aktuální problematice řízení prostorového uspořádávání nanočástic vnějšími silovými poli - v případě této DP se jedná o pole magnetické. Přes relativně přijatelnou úroveň zpracování literární rešerše je zbytek práce sepsán velmi nedbale, s řadou nepřesností a ne vhodně zvolenými metodami grafické prezentace výsledků. Úplně chybí smysluplná diskuze dosažených výsledků a využití znalostí získaných při studiu literatury. Závěry jsou velmi vágní a ne zcela odpovídající získaným výsledkům. Celá práce má 33 stran, z čehož většinu tvoří grafy a obrázky bez náležité diskuze a navíc mnohdy s obsahem neposkytujícím reálný obraz struktury a vlastností získaných nanokompozitních struktur.

Posudek oponenta

Zbončák, Marek

Autor sa v jeho diplomovej práci Řízení struktury polymerního nanokompozitu pomocí magnetického pole zaoberá zaujímavou témou využitia magnetického poľa k riadeniu usporiadavajúcich procesov v polymerných nanokompozitoch. Uspešne pripravil kompozity s usporiadanou a orientovanou štruktúrou pomocou relatívne slabého magnetického poľa (1-5 mT), ďalej analyzoval štruktúru pomocou optickej mikroskopie a rastovacej elektronovej mikroskopie. Mechanické vlastností kompozitov boli stanovené pomocou statickéj ťahovej skúšky a pomocou dynamickej mechanickej analýzy. Téma, ktorou sa študent zaoberá je zaujímavá s veľkým potenciálom na praktické aplikácie polymerných nanokompozitov v budúcností. Autor síce ciele práce splnil no napriek tomu má samotná práca niekoľko nedostatkov. Teoretická čásť Abstrakt práce je pomerne strohý, bez akejkoľvek zmienky o dosiahnutých výsledkoch. V teoretickej časti je popísaný samo-usporiadací proces, na ktorý nadväzuje proces riadený pomocou magnetického poľa. Vzhľadom na rozsiahlu literatúru, ktorá existuje na obydve témy, je z tejto literatúry čerpané len malé množstvo zdrojov a kapitola 2.2 Řízené samouspořádání částic magnetickým polem je vzhľadom na zameranie práce pomerne krátka. Popis mechanických vlastností polymerných kompozitov a nanokompozitov postradá základné principy vystuženia časticami a samotná v podstate neposkytuje žiadne užitočné informácie. Bolo by taktiež vhodné oddeliť mechanické vlastností samo-usporiadaných časticových kompozitov od tých usporiadaných magnetickým poľom. Teda motiváciu, prečo sa študent tomuto problému venuje a hlavne, že sa v tejto problematike orientuje. Experimentálna čásť Popis postupu prípravy magnetických nanočástic je pomerne alchymistický, v roztoku sa nenachádza rozpustené železo ale ionty železa. Taktiež prikladať obrázok častíc z literatúry pokladám za pomerne zbytočný vhľadom na to, že študent nasyntetizoval svojím postupom tri rôzné druhy častíc s neznámou chemickou a kryštalickou štruktúrou s veľkou polydisperzitou. Je veľkou škodou, že študent častice necharakterizoval napríklad pomocou rtg. difrakcie. Aj keď učelom bolo pravdepodobne pripraviť jeden druh častic, čo dosť degraduje dosiahnuté výsledky tejto syntézy a samozrejme aj samotné usporiadanie pomocou magnetického poľa, pretože každá z týchto troch typov častíc bude mať rôzné magnetické vlastností. Autor síce uvádza, že acetónové suspenzie PMMA/magnetit boli 20 min ultrazvukované za účelom rozbitia zhluku častíc, no v systéme sa zjavne stále nachádzajú veľké časticové útvary, podľa SEM snímkov niekoľko desiatok mikrometrov veľké. Teda celý tento proces sa javí ako značne neefektívny. Obrázok 11 a 12 by určite šiel urobíť ako jeden. Ďalej by bolo určite vhodné detailnejšie popísať technické parametry magnetickej aparatúry a to hlavne závislosť magnetickéj indukcie B v strede cievky na prúde I ako aj distribúciu B v stredovej ose cievky. Ďalej chýba postup prípravy vzokov častíc na SEM a STEM ako aj postup merania TGA. Není uvedené pri akej teplote boli merané statické mechanické vlastností v ťahu. Uvádzať, že prístroje boli ovladané pomocou počítača a softwaru, ktoré dodala spoločnosť, ktorá dodala aj samotný prístroj je úplna zbytočnosť. V práci chýbajú podstatnejšie údaje. Kovová úprava vzorkov na SEM slúži predovšetkým na zvodivenie povrchu, nie na zvyšenie ich tepelnej vodivostí a odolností. Výsledky a diskuze Částice Študent nasyntetizoval tri druhy částic, kubické o rozmeroch cca 1 µm, ďalej ,,nepravidelné,, častíce o rozmeroch v radoch stoviek nanometrov a nanočástice, ktoré su viditelné na snímku 15c voľne rozptýlené medzi týmito dvoma druhmi častíc. Každopádne detailnejšia snímka týchto nanočástic chýba a študent sa na ne odkazuje len, že pokryvajú povrch aglomerátov, ktoré pozoruje na obr. 15a,b. Ďalej tvrdenie: ,,Vlastní syntetizované částice jsou velmi podobné částicím nalezeným v literatuře (Obr. 8) až na větší pruměrnou velikost.,, nemusí byť úplne pravdivé, viz. otázky. Výsledky syntézy častic sú, aj s ohľadom na značnú heterogenitu, zaujímave hlavne kvoli anizotropii častíc ale samotná analýza a diskusia toho čo bolo skutočne nasyntetizované je pomerne slabá. Prihľadá sa však sa k faktu, že syntéza částic nebola cieľom práce a nevidím v tomto zásadný problém. Štruktúra Autorovi sa nepodarilo rozdispergovať častice na stabilnú disperziu individuálných častic – stavebných blokov. Suspenzia obsahuje aglomeráty o romzeroch až desiatky mikrometrov, ktoré sa usporiadavajú v magnetickom poli do anizotropných štuktúr s kontrolovanou orientáciou. Študent uvádza, že so zvýšujúcou sa magnetickou indukciou sa štruktúry predĺžujú a zúžujú, čo je z obr. 16 patrné aj keď rozdiely sa môžu javiť pomerne malé. V Závere však zase uvádza, že priemer týchto štruktúr rastie so zvyšujúcou sa magnetickou indukciou, čo sú dve protichodné tvrdenia. Je pomerne veľká škoda, že študent nestanovil rozmery týchto štruktúr, aspoň orientačne alebo nepoužil nejaký program na obrazovú analýzu, a číselne nevyhodnotil vliv zvyšujúceho sa magnetického poľa na štruktúrne parametry. To by mu mohlo uľahčiť rozhodnutie, či priemer štruktúr rastie alebo klesá. Snímky z OM obr. 16 a SEM obr. 19 sú k tomuto účelu ideálne a to, že takáto analýza snímkov v práci chýba, uberá na kvalite výsledkov štruktúrnej analýzy. Tieto štuktúrne parametre mohli byť použité pri interpretácii machenických vlastností, ktoré sú v závislostí na objemovom zlomku alebo magnetickej indukcii pomerné divoké. Obr. 17, ktorý zachycuje kompozit s plnením 5 obj. % je pomerne nekvalitný a nemá žiadnú vypovednú hodnotu a preto usudzovať z tohoto snímku, že v tomto systéme nedochádzalo k usporiadaniu by nemuselo byť pravdivé. Koniec koncov obr. 19f ukazuje štruktúru kompozitu s 5 obj. % usporiadaného poľom 1 mT, na ktorom istá orientácia patrná je, preto tvrdenie na konci strany 22 ,,...mělo za následek okamžité aglomerování a zamezení možností pohybu částic nutného k jeji orientování.,, je zjavne nepravdivé. Podobné tvdenie je taktiež na konci strany 24, ktoré je v priamom rozpore s tým čo je na obr. 19f vidieť. Bolo by vhodné pripraviť vzorky k štruktúrným analýzam pomocou SEM, STEM, TEM alebo napríklad rtg. tomografie, a to v prípade všetkých objemových zlomkov. Čo urobené nebolo, namiesto toho bol pozorovaný povrch kompzoitov pomocou SEM v BSE móde alebo v transmisnom móde na OM, čo v niektorých prípadoch bolo dostačujúce. Ďalej, bolo vhodné do obrázkov pridať smer vektoru magnetickej indukcie. Ďalej je neprípustné aby boli obrázky rozdelené medzi jednotlivými stranami tak ako je to v prípade obr. 15, 18, 19. Podobné obrázky, ktoré vystihujú zmenu štruktúry musia byť vždy jednotné aby bol čitateľovi patrný rozdiel medzi jednotlivými štruktúrami. Takéto rozdelenie obrázku pôsobí pomerne rušivo. S drobnými výhradami považujem cieľ analyzovať štruktúru kompozitov za splnený. Mechanické vlastností Táto kapitola obsahuje najzasadnejšie chyby a nedostatky tejto práce. DMA Študent využil dynamickú mechanickú analýzu s teplotnou rampou na určenie tepelnej závislostí tuhostí vzorku, čo nie je jednoduchá metoda vzhľadom na pokles síl, ktoré vzorka vo forme tenkých filmov generuje v ťahu nad jej Tg. Výsledky stanoveného Storage modulu nad a pod teplotou skelného prechodu spracoval vo forme relativných modulov – vztiahnutých k modulu matrice. Tento postup je správny a umožňuje sledovať relatívnú zmenu vlastnosti avšak v práci by mali byť aspoň uvedené absolútne hodnoty, z ktorých tieto relatívne hodnoty autor spočítal - minimálne vo forme tabuľky. V tej by mohli byť tiež uvedené ďalšie vlastností ako napríklad Tg kompozitu a mechanické vlastností z ťahovej skúšky. Tg síce študent uvádza v prílohach ale v samotnej diskusii k výsledkom by malo byť uvedené aká je absolútna hodnota Tg samotnej matrice a teda pri akých teplotách študent moduly kompozitov odčítal – v texte uvádza len hodnotu T=Tg-67 °C a T=Tg+8 °C. To isté platí aj o samotných DMA krivkách a ťahových krivkách, ktoré v práci chýbaju, minimálne v prílohách by uvedené byť mohli. Výsledné grafy relatívných modulov v závislostí na objemovom zlomku E=f(vF) alebo magnetickej indukcii E=f(B) sú pomerne neprehľadné. Istý vliv na toto má aj pomerne veľký rozptyl nemeraných dát, ktorý je pravdepodobne spôsobený experimentálnou chybou (ktorá nebola eliminovaná meraním väčšieho počtu telies). Uvádzať tieto dva grafy je pomerne zbytočné, pretože informácia obsiahnutá v prvom grafe sa následne vyskytuje v druhom grafe, v ktorom študent nedokáže ani dodržať rovnaký štýl a grafiku symbolov pre jednoduchšiu orientáciu a porovnánie medzi tymýto závislosťami – viz obr. 20 vs. obr 22 a taktiež obr. 21 vs. 23. K tomu všetkému sú tieto grafy ešte rozdelené. Vhodnejšie by bolo použiť grafy menších rozmerov, symboly väčších rozmerov a tieto dva grafy umiestniť vedľa seba, keď už ich chce študent uvadzať obydva, teda obr. 20+22 a obr. 21+23. Ďalej je pomerne veľka škoda, že autor neporovnal v jednom grafe závislosť relatívneho modulu na objemovom zlomku kompozitov nad (obr. 23) a pod Tg (obr. 22). Táto zmena tuhostí nad Tg v porovnání so zmenami pod Tg je jeden z najzaujímavejších výsledkov tejto práce. Študent porovnal len zmenu smernice linearných regresii, ktorými data preložil. K datam modulu pod Tg mohol taktiež pridať data z ťahovej skúšky. Moduly kompozitov moholi byť porovnané s Kerner-Nielsenovým a Einsteinovým modelom a pribudnúť tak diskusia prečo sa tieto hodnoty od modelov odlišujú alebo prečo sa s ními zhodujú. Taktiež vliv částic na imobilizáciu polymerného reťazca (na ktorú sa študent odvoláva, aj keď tá je vzhľadom na aglomeráciu částic otázna) mohla byť taktiež zdôvodnená vlivom na Tg kompozitov – v práci chýba. Ťahová skúška Výsledky tejto skúšky a ich interpretácia sa nesie v podobnom duchu ako v prípade DMA. Relatívnu pevnosť kompozitov študent porovnal s Nicolais-Narkinsovim modelom pre pevnosť častícových kompozitov. V grafoch by som osobne volil model vo forme čiary – bodov je v grafoch už dostatok a pôsobí to dosť neprehľadne. Ďalej je v obr. 24 fitovaný model avšak není jasné ake parametre sa v tomto modelu zmenili (parameter a=1,21 na a=5,5 ?) a bolo by viac než vhodné rovnicu tohoto modelu uviesť. Tento model fitol experimentálne hodnoty pomerne dobre, avšak študent zajvne nespravne interpetoval fyzikálnu podstatu, prečo sa tento fitovaný model odlišuje (a tým aj samotné data) od pôvodného Nicolais-Narkinsového modelu – viz otázky. Nápodobne aj exponenciálna spojnica trendu prekladá data pomerne dobre, až na jej záhadný popisok v legende – tento problém nájdeme u všetkých grafov (obr.20 až 29). V tých sa vyskytuje datová rada vo forme čiary, ktorá má záhadný popisok v legende grafu, ktorý uvádza buď objemové percento alebo magnetickú indukciu. Pričom neni jasné, ktoré data teda prekladá a prečo v grafe je, autor sa v texte k tomuto fitu nijak nevyjadruje. Študent uvádza, že experimentálne hodnoty modulov boli porovnané s teoretickými modelmi a to: Einsteinov, Kernerov a Lewis-Nielsenov. Pričom Einsteinov a Lewis-Nielsenov model nemá v práci vôbec uvedený. V teoretickej časti sa vyskytuje len model Kerner-Nielsenov (strana 13-14). Taktiež by bolo vhodné uviesť rozsiahlejšiu diskusiu prečo sa namerané data od použitých modelov odlíšujú. Relatívna ťažnosť kompozitov mohla byť preložená vhodnejšou funkciou a jej pokles samozrejme vysvetliť. Najzasadnejšie problémy Ďalej som si není istý správnosťou uvedených jednotiek na y-ose vo všetkých grafoch obr. 20 až 29, kde autor uvádza %, ale osobne si myslím, že hodnoty skôr odpovedajú bezrozmernej relativnej jednotke, teda (-). To však bez absolutných hodnôt je len moja špekulácia. V prílohách autor taktiež uvádza skutočné objemové zlomky, ktoré určil pomocou TGA. Preto by ma zaujímalo, prečo sú tieto skutočné objemové zlomky není uvedené v grafoch a relatívne vlastností vztiahnuté k ním? Túto skutočnosť zistí čítajúci až na úplom konci práce (a to až keď si prečíta prílohy). Nebudú teda závislostí mechanických vlastností na tomto skutočnom objemovom zlomku iné ako tie, ktoré študent uvádza vo výsledkovej časti (Obr. 20-29)? Všetký spojnice trendu sú tým pádom absolútne zbytočné ako aj porovnanie experimentálnych dát s modelmi, ktoré koniec koncov v texte aj tak nie je spomenuté. Práca je krátka, samotná má v podstate 26 strán a diskusia k väčšine výsledkov je pomerne strohá, ktorá len zhrnie výsledky a bližšie nešpecifikuje, prečo sú také aké sú, ani vo forme nejakých predpokladov alebo domienok.V práci chýba porovnanie s podobnými systémami a výsledkami z literatúry. Celá diskusia k mechanickým vlastnosťam je v rozsahu cca 1 strany (46 riadkov). Výrazný vliv usporiadaných štruktúr magnetickým poľom na mechanické vlastností skutočne z nameraných dát nemôže byť potvrdený, čo študent v práci uvádza. Väčší problém je však celkové spracovanie týchto výsledkov a ich interpretácia, ktorá je skutočne krátka, slabá až nevyhovujúca. Samotná práca taktiež obsahuje gramatické chyby, chýbajúce slová alebo písmena. Ďalej autor používa pomerne umelecké vyjadorvanie namiesto vecného a technického. Napríklad: Strana 9: Samouspořádáni odráží zakódované informace... Strana 10: Další scénař... Strana 11: ovládání suspenze částic je využíváno jako mocný nástroj Strana 18: Tenké filmy sa zbavovaly zbylého acetonu ve vakuové sušárně pri 90 °C pod dobu nejméně 48 h. Tenké filmy sa ničoho nezbavujú, nie sú to ľudia so schopnosťami niečoho sa zbaviť. Acetón bol z nich odstránený/odparený. Strana 20: ...byly vzorky opatřeny tenkou vrstvou zlata... Tenká vrstva zlata bola nanesená/naprášená na vzorky. Niektoré technické výrazy sú zamenené za hovorové slová a niektoré názvy kapitol vyznievajú dosť zvláštne: Magnetování vs. Magnetizácia Maximální nasycení vs. Saturácia Frekvence kmitu vs. frekvencia oscilácie/deformácie Strana 33: ,,Z výsledného studia mechanických vlastností materiálů vyplívají zajímavé výsledky...,, Dosiahnuté výsledky sú skutočne zaujímavé ale ich prezentácia a interpretácia je pomerne dosť neprehľadná, chaotická, krátka a slabá. Vzhľadom na vyššie popísané nedostatky tejto práce a to hlavne v kapitole s mechanickými vlastnosťami, hodnotím túto prácu celkovo za D

eVSKP id 100605