Browse
Recent Submissions
- ItemZkoumání přítomnosti stopových přísad v pokročilé keramice a jejich vlivu na slinování(Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Siddiqui, Maliha; Salamon, David; Bertolla,, Luca; Lenčéš,, ZoltánRozsáhlé použití pokročilých keramických materiálů vedlo vědce k vylepšení a přizpůsobení jejich výkonu úpravou mikrostruktury materiálu. Přítomnost stopových přísad, ať už úmyslně přidaných jako dopanty nebo neúmyslně zavedených jako nečistoty, významně ovlivňuje krystalovou strukturu a mikrostrukturu keramických materiálů, i při nízkých koncentracích. Tato disertační práce klade důraz na pochopení role dopantů při změně fázového složení a mikrostruktury pokročilých keramických materiálů vyrobených konvenčními i nekonvenčními slinovám. Kromě toho zkoumá použití různých charakterizačních technik pro kvalitativní a kvantitativní analýzu vlivu dopantů. V této disertační práci byly pro případové studie vybrány dva pokročilé keramické materiály: hydroxyapatit, biokeramika na bázi fosforečnanu vápenatého, a baryum titanát, bezolovnatá elektrokeramika. Disertační práce začíná úvodem do teoretického pozadí materiálů hydroxyapatitu a baryum titanátu, s důrazem na vliv dopantů a technik syntézy na jejich krystalovou strukturu a mikrostrukturu. Rovněž je poskytnut přehled o charakterizačních technikách použitých ve studii. U hydroxyapatitu byly dopanty přidávány v různých koncentracích za účelem získání bifázického fosforečnanu vápenatého s různými poměry hydroxyapatitové fáze. Následná hydrotermální úprava byla použita ke změně mikrostruktury a studiu vlivu dopantů. Dopovaný baryum titanát s pevnými koncentracemi dopantů byl připraven pomocí nekonvenčního procesu studeného slinování. Byl zkoumán vliv procesu studeného slinování na fázový přechod dopovaného baryum titanátu. Kromě toho byla pomocí in-situ TEM zahřívání důkladně zkoumána lokalizace a chemická aktivita dopantů v mikrostruktuře. Disertační práce rovněž měří a diskutuje bioaktivitu, mechanické a funkční vlastnosti těchto materiálů ve vztahu k fázovým transformacím a mikrostruktuře.
- ItemMechanismy plastické deformace zprostředkované hranicemi zrn v hcp kovech(Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Verma, Ritu; Ostapovets, Andriy; Šob,, Mojmír; Anento, NapoleonNanokrystalické kovy byly v posledních letech široce diskutované kvůli výjimečné pevnosti a novým mechanismům deformace zprostředkovaným hranicí zrn (HZ). Je známo, že jejich mikrostruktura se vyvíjí prostřednictvím dynamických procesů, jako je migrace HZ a rotace zrn. Důležitým a velmi zvláštním typem HZ je dvojčatová hranice (DH). Deformační dvojčatění je důležitým mechanismem plastické deformace v kovech s hexagonální krystalovou strukturou, např. ve slitinách hořčíku nebo titanu. Mechanismy nukleace, propagace a růstu dvojčat jsou v současné době široce studovány. Migrace dvojčatových hranic hraje významnou roli ve vývoji mikrostruktury kovových materiálů. Znalost migračních mechanismů pod vlivem přiloženého napětí lze považovat za základ pro vývoj nanostrukturních materiálů se zlepšenými mechanickými vlastnostmi. V nedávných publikacích je široce diskutováno fasetovaní dvojčatových hranic, ne-Schmidovo chování a role diskonekcí. V této práci jsou prováděny simulace pomoci molekulární dynamiky, s cílem lepe porozumět základním mechanismům plastické deformace v HCP materiálech. Tato práce zlepšuje naše porozumění mechanismům dvojčatění a přispívá k dalšímu vývoji prediktivního modelu v nanoměřítku pro optimalizaci přípravy HCP kovu. V první části práce jsme se zaměřili na mechanismus migrace {112 6} dvojčatových hranic. Bylo prokázáno, že migrace {112 6} DH je zprostředkována pohybem diskonekcí. Pomocí atomistických simulací a topologické analýzy prokázali jsme nukleaci asymetrických faset na {112 6} DH. Výsledky simulací jsou podpořeny transmisní elektronovou mikroskopií (pozorováním asymetrických bazálně-pyramidálních faset {112 6} dvojčaty). Ve druhé části odhalujeme roli -fáze v souvislosti s nukleací a mechanismem růstů {112 2} dvojčat. Analyzujeme nukleaci dvojčat {112 2} v Ti v průběhu reverzní fázové transformací --. Dvojčata nukleované mechanismem fázové transformace mohou růst pomocí migrace {112 2} dvojčatových hranic. Tato migrace je zprostředkována klouzáním stupňovitých defektů, tj. diskonekcí poděl {112 2} dvojčatové hranicí. Dvojici stupňů (bt a bt*), lze interpretovat jako disociované jádro diskonekce b(3/3), které uvnitř obsahuje -fázovou strukturu. Poprvé byly nalezeny a analyzovány defekty b_t a b_t^* a tyto výsledky napomáhají vyřešení rozporu mezi experimentem a předchozími výsledky atomistického modelování a vysvětluji výběr způsobu růstu dvojčete {112 2} . Ve třetí části této práce studujeme mechanismus smykové vázané migrace hranic dvojčat, analyzujeme dislokační obsah migrujících hranic dvojčat a demonstrujeme vnitřní korespondenci mezi dvěma přístupy k popisu migrace hranic zrn vázané smykem.
- ItemTeoretické studium nízkoenergetických excitací v redukovaných rozměrech materiálů(Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Navarro Giraldo, Jorge Andres; Neugebauer, Petr; Goerbig, Mark-Oliver; Nachtigallová,, DanaV této práci zkoumáme elektronické vlastnosti grafenu a grafitu v mezích redukované dimenzionality, tj. když jsou elektrony efektivně omezeny na jednu (1D) nebo dvě dimenze (2D). Výběr těchto materiálů je veden jejich pozoruhodnými vlastnostmi a různými elektronickými režimy, kterých lze dosáhnout při nízkých teplotách a za působení vnějších magnetických polí. Zaměřujeme se na teoretický popis jejich základního elektronického stavu a nízkoenergetických excitací a jak se projevují při magnetospektroskopickém měření. Využitím různých analytických, numerických a ab-initio teoretických metod k predikci a podpoře experimentálních výsledků magnetooptické spektroskopie a měření elektronického transportu zkoumáme tři problémy, které vyzdvihují množství vyvstávajících fyzikálních jevů: i) vznik vln hustoty spinu v grafitu v důsledku přechodu od 3D k 1D elektronickému chování při vysokých magnetických polích, ii) slabou lokalizaci v grafenu vyvstávající ze zvýšeného koherentního elektronického transportu ve 2D systému a její detekci sub-THz magnetospektroskopií a iii) souhru mezi grafenem a jednomolekulárními magnety, která kombinuje pozoruhodnou laditelnost elektronických vlastností grafenu s magnetismem na molekulární hranici.
- ItemKeramické materiály a kompozity pro pokročilé aplikace(Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Mařák, Vojtěch; Drdlík, Daniel; Částková, Klára; Michálková,, MonikaTato dizertační práce se zaměřuje na pokročilou oxidovou keramiku a částicové a vrstevnaté kompozity. Studované materiály zahrnují biokeramický hydroxyapatit, termomiotický wolframan hlinitý a bezolovnaté piezoelektrické materiály na bázi titaničitanu barnatého. Příprava těchto keramik má několik omezení ovlivňující finální vlastnosti, zahrnující použití toxických stabilizátorů, nízké zhutnění, náchylnost k praskání, vznik nežádoucích chemických reakcí, nízké mechanické a elektrické vlastnosti. Tato práce řeší tyto problémy přizpůsobením jednotlivých kroků zpracování a použitím progresivních výrobních metod pro optimalizaci požadovaných funkčních vlastností materiálů. Úprava hydroxyapatitového prášku studenou plazmou umožnila elektroforetickou depozici bez toxických stabilizátorů, což vedlo k hutnějším povlakům bez trhlin. Praktický benefit tohoto přístupu byl demonstrován v případě bezdefektních hydroxyapatitových povlaků ortopedických šroubů. Termomiotický wolframan hlinitý, vyznačující se svým téměř nulovým koeficientem tepelné roztažnosti, byl syntetizován optimalizovanou koprecipitací za účelem zlepšení slinovatelnosti prášku. Rychlé beztlaké slinování a slinování plazmovou jiskrou byly použity ke zhutnění materiálu, přičemž bylo dosaženo dosud nejvyšších publikovaných hodnot hustot při nejnižší slinovací teplotě. Vývoj mikrostruktury piezokeramiky titaničitanu barnatého byl studován pomocí rychlého beztlakého slinování a slinování s pomocí radiace. Získané poznatky byly využity pro slinování částicových kompozitů na bázi titaničitanu barnatého vyztuženého oxidovými keramikami. Vysoká reaktivita mezi zvolenými materiály měla negativní vliv na vlastnosti kompozitů a jeden z reakčních produktů byl podrobněji charakterizován. Byly připraveny vrstvené kompozity střídáním vrstev na bázi titaničitanu barnatého a dielektrického oxidu zirkoničitého. Vysoká reaktivita piezoelektrických materiálů byla potlačena volbou slinovací strategie. Souhrnným cílem této disertační práce je posunout vědění v oblasti vlastností a zpracování keramických materiálů, poskytnout náhled na optimalizaci funkčnosti a řešit kritická omezení v různých aplikacích.
- Item2D materiály pro elektrokatalýzu a přípravu vodíku jako čistého zdroje energie(Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Sanna, Michela; Pumera, Martin; Kim, Daewoo; Urso, MarioElektrochemická výroba vodíku z vody získává stále více pozornosti jako čistý a obnovitelný zdroj energie v reakci na alarmující environmentální problémy způsobené těžbou fosilních paliv během posledních století. Proces však lze považovat za ekologicky šetrnou alternativu pouze tehdy, pokud je poháněn obnovitelnými zdroji energie, jako je solární energie, největší uhlíkově neutrální zdroj dostupný na naší planetě. Solární energie lze přeměnit na elektřinu pomocí solárních panelů a elektrická energie může být využita k rozkladu vody za pomocí elektrokatalyzátorů, jako je platina. Alternativně lze rozklad vody na vodík provádět přímo pomocí solární energie. Nicméně výtěžky přímého fotochemického rozkladu vody jsou nízké. Kombinace obou přístupů, nazývaná fotoelektrochemický rozklad vody, kombinuje nejlepší z obou světů - elektrokatalytický rozklad vody s pomocí fotonů. Z tohoto důvodu je studium nových materiálů založených na hojně se vyskytujících prvků, které lze použít jako fotoelektrokatalyzátory pro tvorbu vodíku, zásadní pro navádění společnosti k udržitelnější výrobě energie. Tato práce zkoumá potenciál těchto nových dvourozměrných (2D) materiálů a souvisejících sloučenin, spolu s výzkumem využití 3D tisku pro výrobu funkčních elektrod v oblasti fotoelektrochemie. Studium několika přechodných kovových selenofosfitů potvrdilo jejich potenciál jako fotoelektrokatalyzátorů pro tvorbu vodíku, zejména za působení viditelného světla. MAX fáze byly modifikovány expozicí fluorovému plynu a vlastnosti získaných fluorovaných MAX byly zkoumány, začínaje jejich morfologií až po jejich potenciál jako fotoelektrokatalyzátorů pro reakci vývoje vodíku. Fluorované fáze vykazovaly lepší výkony ve srovnání s neošetřenými fázemi MAX. Zlepšená katalytická aktivita byla přičítána fotoaktivním oxyfluoridům, které vznikaly v důsledku procesu fluorace. Fotoaktivita fází MAX byla dále zkoumána jak teoreticky, tak experimentálně, aby bylo možné porozumět původu fotokatalytického chování. Výsledky ukázaly, že přítomnost oxidových nečistot na fázích hraje klíčovou roli v fotoelektrochemické tvorbě vodíku. Role oxidů v fotokatalytické aktivitě těchto sloučenin inspirovala výrobu a zkoumání 3D tištěných elektrod a jejich modifikaci s oxidy deponovanými atomovou vrstvou (ALD), jako je TiO2, SiO2 a Al2O3. I v tomto případě přítomnost tenké vrstvy oxidu na povrchu elektrody významně přispěla ke zlepšení výkonu za působení viditelného světla. Získané výsledky prokázaly důležitost základního studia nových 2D materiálů pro aplikaci v fotoelektrochemické výrobě vodíku a otevřely nové pohledy na výrobu inovativních 3D tištěných vodivých zařízení, která lze modifikovat s funkčními materiály pro přeměnu energie.