MARÁČKOVÁ, L. Studium vlastností tranzistorů na bázi iontových kapalin [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. .
Ing. Lucie Maráčková se zabývala řešením disertační práce od roku 2017 jako studentka presenčního studia. Po celou dobu (i v covidovém období) se podílela na vědecké, ale i pedagogické činnosti. Ve spolupráci se ZČU v Plzni (doc. Hamáček) se podílela na charakterizaci tranzistorů (OECT) na bázi iontových kapalin a vlastností studovaných iontových kapalin připravených na vlastních elektrodových systémech. Z důvodu omezených možností experimentální práce se zabývala především modelováním VA charakteristik proudů omezených prostorovým nábojem (SCLC), impedančních spekter (IS) a tranzientních odezev. Kromě toho se také zabývala vyhodnocením experimentálních dat a jejich srovnání s uvedenými modely. Své zkušenosti využila i při řešení juniorského projektu GAČR, jehož řešitelem byl Dr. Pospíšil. V rámci této práce vznikly dvě publikace v impaktovaných časopisech "Applied Physics A" a "Material Science Forum". Kromě těchto dvou publikací má v "AIP Conference Proceedings" 6 publikací z mezinárodních konferencí Thermophysics a ICNAAM. Na těchto konferencích prezentovala obsah uvedených příspěvků. Předepsané zkoušky skládala v souladu se stanoveným plánem, státní závěrečnou zkoušku absolvovala do dvou let od zahájení doktorského studia. Práci ukončila v důsledku epidemiologických opatření do šesti let od zahájení studia. Kromě vědecké práce se Ing. Lucie Maráčková podílela i na pedagogické činnosti a to v předmětech Anorganická chemie a Praktikum z fyziky a na vedení bakalářských a diplomových prací. Na základě uvedených skutečností doporučuji postoupit disertační práci, kterou vypracovala Ing. Lucie Maráčková k obhajobě ve studijním odboru "Chemie, technologie a vlastnosti materiálů" a po úspěšné obhajobě jí udělit titul Ph.D.
Posudek dizertační práce Předkladatel dizertační práce: Ing. Lucie Maráčková Název dizertační práce: STUDIUM VLASTNOSTÍ TRANZISTORŮ NA BÁZI IONTOVÝCH KAPALIN Školitel: prof. Ing. Oldřich Zmeškal, CSc. Oponent: prof. RNDr. Stanislav Nešpůrek, DrSc. Předložená dizertační práce sestává ze 144 stran textu včetně publikací autorky, životopisu, seznamu použitých zdrojů a dvou příloh, 13.1 Modelování výsledků impedanční spektroskopie a 13.2 Modelování experimentálních volt-ampérových charakteristik pro různé iontové kapaliny, viz. N01:1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imid, N04:1-butyl-3-methylimidazolium trifluormethylsulfonát, N09:1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborát, N11:1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborát, a N31:1-hexyl-3-methyl- imidazolium tetrafluoroborát. Práce se zabývá problémy vyskytující se v oblasti vývoje a konstrukce organických tištěných tranzistorů. Elektrolyty na bázi iontových kapalin se zdají být atraktivní z hlediska „zelených elektrolytů“, tj. iontových látek, které jsou šetrné k životnímu prostředí. Nehledě na tento fakt se předpokládá, že uvedený typ tranzistorů bude aplikovatelný v oblasti biosenzorů. Určité typy klasických tranzistorů bude možné nahradit součástkami s organickými materiály, které je možné připravit tiskem. Od tranzistorů se očekává nízkonapěťový provoz s rychlými dynamickými parametry, nízkým prahovým napětím a přijatelnou stabilitou v běžných atmosférických podmínkách. Tyto vlastnosti celá řada organických tranzistorů splňuje. Oblast organických elektrochemických tranzistorů se tudíž považuje za perspektivní. V úvodní teoretické části práce (42 stran) jsou diskutovány publikované skutečnosti týkající se typů iontových kapalin a jejich využití, typů tranzistorů včetně těch s organickými materiály, problémů tištěné elektroniky a substrátových materiálů. Tato problematika je zpracována velice pečlivě, považuji ji ovšem za zbytečně rozsáhlou. V kapitole 6 jsou uvedeny cíle práce. Ty jsou zaměřeny mimo jiné na studium elektrických a dielektrických vlastností elektrolytů typu iontových kapalin. V kapitole 7 „Charakterizace vlastností tranzistorů“ jsou shrnuty základní fyzikální vlastnosti polovodičů obsahující fakta o elektrické vodivosti, polovodičových strukturách, je diskutován problém prostorového náboje, hustoty elektronových stavů a dielektrických vlastností (13 stran). Tento materiál obsahuje převážně literární údaje a považuji jej opět za příliš obsáhlý. Nicméně se autorce podařilo shrnout teoretické závěry, které dále používá k interpretaci získaných experimentálních dat. V tomto směru je potřeba ocenit aktivitu Ing. Maráčkové zejména v oblasti proudů omezených prostorovým nábojem, která není jednoduchá. Kapitolou 8 začíná experimentální část práce. Jsou uvedeny uhlíkové elektrodové struktury (obr. 78) získané tiskem na různých typech podložek. Kanál mezi zdrojovou a odtokovou elektrodou byl připraven z poly(3,4-ethylendioxythiofen):poly(styren sulfonátu) (PEDOT:PSS), který se běžně připravuje z komerční tiskové formulace. Zde je potřeba vyzvednout úsilí autorky připravit kanál polymerací EDOTu a SSu přímo na elektrodovém systému, čímž získala chemicky čistý materiál bez příměsí. Položme si otázku, čeho se část experimentálních výsledků týká. Elektrochemické tranzistory sestávají z polovodivého kanálu, který je překryt iontovou kapalinou. Báze je ponořená do elektrolytu. Iontová kapalina (IK) tak představuje izolant mezi bází a kanálem. Ideálně se IK skládá z iontů, iontových párů, iontových klastrů a nábojů z nečistot. Studium elektronových vlastností IK dává tudíž část informace o čistotě elektrolytu. Poznamenejme, že čištění IK je velmi složitý chemický proces, který nebývá zmiňován ani v publikovaných statích. V této práci byly použity komerční iontové kapaliny a lze tudíž očekávat přítomnost nečistot s elektronovou vodivostí. Tímto problémem se mj. zabývá předkládaná práce. V uvedeném typu tranzistoru je IK kontaktována kanálem a bází. Vzniká tudíž „balkový“ (sandwich) systém, který je v práci modelován vzorky typu uhlík-IK-uhlík. Jak je uvedeno výše 5 IK bylo použito v předkládané studii. Poznamenejme, že podobný typ studií nebyl zatím prováděn a není uveden v literatuře. Pokud se týká uhlíkových elektrod, nejsou elektrochemicky aktivní a k uvedeným studiím jsou vhodné. Může zde být ovšem problém nečistot, které se mohou vyplavovat z tištěných elektrod. Toto však nepředstavuje při zavádění nové měřící techniky problém. Do budoucna se ovšem bude nutné zaměřit mj. na kvalitu elektrod, vytváření iontových vrstev u elektrod, elektrodové redox reakce a difúzi nábojů. V předložené práci je uvedena možnost modelovat difúzní proces elektrochemicky neaktivních látek pomocí Gerischerovy impedance (cit. 126). Poznamenejme, že získané experimentální výsledky je možné dobře modelovat teoretickými relacemi uvedenými v kapitole 7. Teorii odpovídají nejen závislosti fyzikálních veličin, ale i jejich absolutní hodnoty, např. proudové hustoty, pohyblivosti nosičů náboje atd. Je zajímavé, že při analýze volt-ampérových charakteristik byl pozorován jak ohmický tak injekční proud. Kinetická měření byla provedena na tranzistorové struktuře uvedené na obr 78a. Časové závislosti proudu jak Ion Ioff tak Ioff Ion byly vyhodnocovány pomocí exponenciálních funkcí. Interpretace, jak jsou uvedeny na obr. 116 a 117 jsou správné. Dizertační práce je sepsána jasným a přehledným způsobem. Odborná úroveň práce je velmi dobrá, téma je aktuální a z inženýrského hlediska zajímavé. Analýza a interpretace dosažených výsledků a formulace závěrů dizertace jsou prezentovány bez zjevných chyb. Byla nalezena technologie testování kvality elektrolytů pro přípravu rychlých spínacích prvků, které mohou být připraveny tiskovou technikou. Rozhodnutí o aplikačním potenciálu uvedené metodiky bude možné učinit po dodatečných testech. Získané výsledky prokazují, že cíle stanovené v disertační práci byly splněny. Aktivity Ing. Maráčkové můžeme najít v 8 statích (publikace a konferenční příspěvky). Z prezentovaných výsledků je možné vyvodit závěr, že Ing Maráčková je výkonný výzkumný pracovník s velkou odpovědností presentovat pouze věrohodné výsledky a je dobrým odborníkem v oblasti elektrických měření. Závěr: Předložená práce rozsahem i obsahem splňuje všechny požadavky kladené na doktorskou dizertaci a doporučuji ji k obhajobě (dle zákona č. 111/1998 Sb. § 47). Po úspěšné obhajobě doporučuji udělit Ing. Lucii Maráčkové titul Ph.D. V Praze, dne 14. července 2023. prof. RNDr. Stanislav Nešpůrek, DrSc. oponent
eVSKP id 153327