2023

Browse

Recent Submissions

Now showing 1 - 5 of 12
  • Item
    Syntéza, charakterizace a aplikace nových typů vláknitých struktur
    (Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Hromádko, Luděk; Macák, Jan; Kočí,, Kamila; Pekař, Miloslav
    Tato práce představuje komplexní výzkum odstředivého zvlákňování a zejména nových přístupů pro syntézu nano- a mikrovláken touto zajímavou technologií. Představeny jsou nové typy polymerních vláken a také anorganická (keramická) vlákna spolu s jejich charakterizací a využítím v různých aplikacích. V první části je popsáno a vysvětleno mnoho dostupných technik pro přípravu vláken. Jsou popsány a diskutovány jejich výhody a nevýhody. Poměrně velká pozornost je věnována elektrostatickému zvlákňování a odstředivému zvlákňování, které patří mezi nejčastěji používané techniky průmyslové výroby vláken. Podkapitola o aplikacích popisuje hlavní aplikace vláken jako např. filtrace vzduchu/vody, tkáňové inženýrství, kontrolované dávkování léků nebo jako součást separátorů Li-ion baterií. Druhá část představuje rozsáhlou experimentální a srovnávací studii dvou nejpoužívanějších technik pro přípravu vláken, elektrostatického zvlákňování a odstředivého zvlákňování. Pro srovnání těchto technik byly použity polyvinylpyrrolidon (PVP) a polyvinylalkohol (PVA), jako nejčastěji používané polymery pro přípravu vláken. Bylo sledováno mnoho parametrů (teplota vzduchu, vlhkost, rotace atd.) a byl studován jejich vliv na kvalitu vláken. Tak velká srovnávací studie elektrostatického a odstředivého zvlákňování dosud nebyla před námi s takovýmto úsilím publikována. Třetí část ukazuje přípravu vláken WO3 pomocí odstředivého zvlákňování. Je demonstrována nová, jednoduchá a zelená receptura zvlákňovacího roztoku na bázi metawolframanu amonného (NH4)6H2W12O40.xH2O a polyvinyl pyrrolidonu (PVP). Zvlákňovací roztok byl vyladěný pro odstředivé zvlákňování. Je ukázán vliv variací koncentrace polymeru a prekurzoru na vlastnosti výsledných vláken. Výsledná vlákna s nejvyšším fotokatalytickým výkonem jsou porovnána s vlákny připravenými elektrostatickým zvlákňováním a komerčně dostupnými nanočásticemi. Vlákna připravená odstředivým zvlákňováním vykazovala 1,4 až 4krát lepší fotokatalytickou aktivitu. Připravená vlákna mají vyšší měrný povrch (SBET = 22,3 m2/g) ve srovnání s vlákny připravenými electrostatickým zvlákňováním (SBET = 7,4 m2/g) a nanočásticemi (SBET = 6,4 m2/g). Čtvrtá část ukazuje přípravu amorfních vláken SiO2. Byl vyvinut nový recept pro odstředivé zvlákňování. Zvlákňovací roztok je založen na použití tetraethylorthosilikátu (TEOS) a polyvinylpyrrolidonu (PVP). Kalcinačního profil byl vyladěn pro dosažení vláken SiO2 s měrným povrchem 824 m2/g. Připravená vlákna SiO2 měla distribuci velikosti pórů 2 – 10 nm a objem pórů 0,547 cm3/g. Připravená vlákna měla lepší adsorpční kapacitu vody ve srovnání se silikagelem stejného typu. Pátá část ukazuje přípravu vláken ZrO2 s přídavkem yttria (Y). K přípravě vláken ZrO2 byly použity dva různé prekurzory. Použití čistého prekurzoru Zr vedlo k vláknům obsahujícím směs monoklinické a tetragonální struktury. Přídavek asi 3 mol. % yttria vedlo k tomu, že vlákna sestávají pouze z tetragonální fáze, která je stabilizovaná Y. Přídavek yttria také vedl k menší velikosti krystalitů ve srovnání s čistými ZrO2 vlákny.
  • Item
    Electrochemická syntéza, charakterizace a aplikace nových typů 1D oxidických struktur přechodných kovů
    (Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Alijani, Mahnaz; Macák, Jan; Prof. Lluis F. Marsal; Tsuchiya, Hiroaki
    Tato disertační práce představuje komplexní výzkum růstu TiO2 nanotrubicových (TNT) vrstev s vysokým poměrem délka/šířka (HAR) a jejich využití v pokročilých světelně-sensorických aplikacích. Výzkumné výstupy dosažené během tohoto doktorského studia zahrnují sérii článků, které se zabývají výzkumem syntézy a charakterizace vrstev HAR TNT na jedné straně a hodnocení výkonu těchto vrstev v různých senzorických modalitách na straně druhé. Počáteční studie se zaměřuje na anodizaci Ti fólií za účelem získání vrstev HAR TNT pomocí speciálně formulované elektrolytu obsahujícího NH4F/H2O/ethylene glycol s přídavkem mléčné kyseliny (LA). Výsledky ukazují, že regulací stáří a složení elektrolytu a použitím dostatečně vysokých potenciálů lze dosáhnout vrstev HAR TNT s vysokým poměrem délka/šířka (přibližně 450) v pozoruhodně krátkých časech anodizace ( 15 minut) ve srovnání s literaturou dostupnou před zahájením této disertační práce. Tento přístup nabízí slibnou cestu k získání robustních vrstev TNT bez dielektrického průrazu, eliminující potřebu řízení dalších procesních parametrů, jako je ohřev nebo ochlazování elektrolytu. Na základě úspěšných výsledků byla v následující práci zkoumána galvanostatická anodizace pro získání vrstev HAR TNT v elektrolytu obsahujícím LA. Bylo zjištěno, že mléčná kyselina účinně předchází dielektrickému průrazu při použití vysokých proudových hustot. Tento nález poukazuje na potenciál galvanostatické anodizace pro výrobu vrstev HAR TNT v podstatně zkrácených časech anodizace při pokojové teplotě. Navazující výzkum v disertační práci se zabývá mikrovlnnou fotoelektrickou vodivostí TNT vrstev s různou tloušťkou (15, 50, 80 a 110 m) při frekvencích X-pásma (~8 GHz) pro aplikace v senzorice a bezdrátové vesmírné komunikaci. Integrace anatasových TNT vrstev s rovinným rezonátorem se rozděleným kroužkem (SRR) umožňuje hodnocení jejich mikrovlnné fotoelektrické vodivosti. Experimentální výsledky odhalily významné variace v rezonanční amplitudě a frekvenčních odezvách TNT vrstev, přičemž TNT vrstvy o tloušťce 80 m vykazovaly nejvyšší citlivost. Byly stanoveny korelace mezi účinností fotoelektrické vodivosti, velikostí krystalitů a tloušťkou vrstev TNT, což podporuje využití optimalizovaných vrstev TNT pro co nejlepší mikrovlnného snímání. Kromě toho práce zkoumá vrstvy TNT na SRR pro detekci viditelného světla. Depozicí CdS tenkých vrstev na TNT vrstvy pomocí technologie depozice atomárních vrstev (ALD) se TNT vrstvy stávají velmi citlivé ve viditelné oblasti spektra, což umožňuje efektivní detekci UV a viditelného světla a detekci světlem indukovaných změn dielektrických vlastností TNT vrstev. Experimentální výsledky souhlasí s teoretickými modely a zdůrazňují výjimečný potenciál senzorů založených na TNT při detekci nebezpečí, monitorování znečištění, analýze materiálů a světelné komunikaci mezi satelity. Celkově tato práce poskytuje komplexní porozumění o růstu HAR TNT vrstev a jejich schopnostem pro pokročilé senzorické aplikace. Získané poznatky z tohoto výzkumu přispějí k rozvoji senzorů založených na nanomateriálech a otevírají nové možnosti jejich využití v různých odvětvích a nových technologiích.
  • Item
    Mechanismy poškození niklové superslitiny René 41 při únavě
    (Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Babinský, Tomáš; Polák, Jaroslav; Pippan, Reinhard; Růžička,, Milan
    Předkládaná práce se zabývá vznikem poškození ve tvářené niklové superslitině René 41, která je podrobena únavovému zatěžování za pokojové a zvýšené (800 °C) teploty. Slitina byla zkoumána ve dvou termodynamických stavech: po rozpouštěcím žíhání a po stárnutí. Jednoosé zkoušky nízkocyklové únavy byly prováděny symetricky vzhledem k řízené veličině, kterou byla celková podélná deformace. Za účelem studia mechanismů poškození a jejich souvislosti s plastickou deformací byly aplikovány techniky elektronové mikroskopie doplněné o analýzu cyklické odezvy ve formě hysterezních smyček statistickým přístupem. Navíc byly provedeny přerušované únavové zkoušky za účelem studia vývoje povrchového reliéfu ve vztahu k dislokační substruktuře, k čemuž bylo opět využito elektronové mikroskopie. Porušení za pokojové teploty bylo povětšinou transkrystalické, únavové trhliny iniciovaly především uvnitř zrn z povrchového reliéfu. Srovnáme-li dva zkoušené stavy, stárnutý materiál vykazoval vyšší hodnoty cyklického napětí a při srovnatelném napětí dosahoval vyšších životností. Cyklická deformace byla od prvního cyklu lokalizována do persistentních skluzových pásů. Bylo zjištěno, že většina skluzových pásů vzniká na začátku únavového života, kvůli čemuž jsou koherentní precipitáty ‘ významně deformovány pouze na začátku únavového života. Skluz v persistentních skluzových pásech vedl k vytvoření povrchového reliéfu ve formě skluzových schodů, extruzí a intruzí. Vznik povrchového reliéfu byl podrobně diskutován s existujícími modely. Vysokoteplotní expozice měla za následek oxidaci povrchu, zejména na oslabených hranicích zrn, kde iniciovaly a následně se šířily únavové trhliny. Výsledné poškození bylo tudíž interkrystalické.
  • Item
    Příprava a charakterizace nanostrukturních III-V polovodičových materiálů
    (Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Maniš, Jaroslav; Šikola, Tomáš; Kostelník,, Petr; Hospodková,, Alice
    Předkládaná dizertační práce se zabývá výrobou a analýzou gallium nitridových (GaN) nanostruktur ve třech odlišných formách. V prvním případě byl zkoumám trojdimenzionální GaN ve formě nanokrystalů rostených na grafenu. Nanokrystaly byly připraveny s využitím techniky droplet epitaxy, která mimo jiné umožňuje růst nanostruktur za nízké teploty substrátu (T = 200°C). Studium se zaměřovalo jak na charakterizaci kvality připravených nanokrystalů, tak na statistický popis růstu. V dalším kroku byly připravené struktury využity pro výrobu fotodektoru citlivého na ultrafialové světlo. Výroba fotodektoru a jeho úspěšné použití slouží jako základ pro navazující výzkum. Ve druhém případě byly studovány dvoudimenzionální GaN nanostruktury, které byly rovněž připraveny za nízké teploty křemíkového substrátu. Následná analýza se soustředila na popis krystalové struktury a prvkovou analýzu, neboť byly takovéto struktury pozorovány vůbec poprvé. Další rozvoj možností přípravy těchto nanostruktur je předmětem navazujícího výzkumu. Ve třetím případě byly zkoumány jednodimenzionální GaN nanodráty připravené na safírovém substrátu. Účelem tohoto projektu bylo získání datasetu pro ověření teoretického modelu, který popisuje růst horizontálních nanodrátů. Na základě sběru a analýzy dat se podařilo modelovat růstovou dynamiku GaN nanodrátů, která byly v souladu s teoretickým modelem.
  • Item
    Molekulární samouspořádávání na površích: role pokrytí, orientace povrchu a kinetiky
    (Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Makoveev, Anton Olegovich; Čechal, Jan; Lackinger, Markus; Casu, Benedetta
    Molekulární samouspořádávání je sofistikovaný přírodní jev založený na principech supramolekulární chemie. Není divu, že byl využit ke konstrukci molekulárních systémů na površích. Ačkoli je oblast molekulární samouspořádávání na površích poměrně vyspělá, stále ještě chybí ucelené systematické poznatky zahrnující např. univerzální parametrické modely. V této souvislosti předkládáme práci, jejímž cílem je objasnit závislost molekulárního samouspořádávání na površích na vnějších parametrech. Nejprve se zabýváme vlivem difuzně omezených podmínek. Za tímto účelem bylo zkoumáno samouspořádávání kyseliny 4,4'-bifenyldikarboxylové (BDA) na Ag(001) při úplném pokrytí monovrstvou a porovnáno se samouspořádávání při submonovrstevném pokrytí. Dále diskutujeme roli orientace povrchu. Za tímto účelem je předložena srovnávací studie samouspořádávání BDA na Ag(001) a Ag(001). Nakonec se zabýváme kinetikou procesu na povrchu a tím, jak ji lze ovlivnit netermální aktivací. Toto je demonstrováno na studiu kinetiky deprotonační reakce BDA vyvolané nízkoenergetickým elektronovým svazkem. Věříme, že naše práce přináší nové poznatky do systematického obrazu samouspořádávání molekul na površích a je tak významným krokem k vývoji ucelených parametrických modelů.