Návrhy témat disertačních prací pro AR 2022/2023
Studijní program: NANOTECHNOLOGIE
Přeměna CO2 na užitečné chemikálie fotokatalytickými procesy v přítomnosti vysoce aktivních materiálů
Hlavním cílem práce je popsat základní aspekty účinků na aktivitu připravených materiálů při přeměně CO2 na využitelné chemikálie a objasnit vztah mezi aktivitou, selektivitou a stabilitou materiálů a jejich fyzikálně-chemickými vlastnostmi.
Školitelka: prof. Ing. K. Kočí, Ph.D., mail:
Studium vlastností sorbentů na bázi uhlíkové pěny
V rámci disertační práce budou prováděny chemické modifikace uhlíkové pěny s využitím různých nanočástic za účelem zlepšení sorpčních, případně katalytických, vlastností vedoucích k účinnému odstraňování znečišťujících anorganických i organických látek z vod a ovzduší. Nanoporézní uhlíkové pěny budou připraveny z přírodních látek a následně modifikovány a charakterizovány z hlediska fyzikálně chemických, strukturních a sorpčních vlastností. Disertační práce bude vypracována v úzké spolupráci s Northumbria University, v Newcastlu Upon Tyne, Velká Británie.
Školitelka: prof. Ing. D. Plachá, Ph.D., e-mail:
Příprava polymerních membrán pro čištění odpadních vod
Disertační práce bude zaměřena na přípravu robustních a účinných tenkovrstvých polymerních a polymerních nanokompozitních membrán vhodných pro separace látek z vodného prostředí v průmyslových aplikacích. Student bude zaměřen na samotnou přípravu polymerů a polymerních nanokompozitů ve formě tenkého filmu včetně výběru vhodných polymerů a nanoplniv, dále na studium jejich vlastností fyzikálně-chemických, strukturních a mechanických. Vybrané materiály budou následně použity pro separaci látek z vod. Disertační práce bude vypracována ve spolupráci s průmyslovým partnerem v České republice.
Školitelka: prof. Ing. D. Plachá, Ph.D., e-mail:
Příprava polymerních nanokompozitů s antimikrobiálními účinky
Disertační práce bude zaměřena na přípravu robustních a účinných tenkovrstvých polymerních a polymerních nanokompozitních membrán vhodných pro separace látek z vodného prostředí v průmyslových aplikacích. Student bude zaměřen na samotnou přípravu polymerů a polymerních nanokompozitů ve formě tenkého filmu včetně výběru vhodných polymerů a nanoplniv, dále na studium jejich vlastností fyzikálně-chemických, strukturních a mechanických. Vybrané materiály budou následně použity pro separaci látek z vod. Disertační práce bude vypracována ve spolupráci s průmyslovým partnerem v České republice.
Školitelka: prof. Ing. D. Plachá, Ph.D., e-mail:
Příprava skafoldů na bázi přírodních polymerů
V rámci disertační práce budou připraveny podpůrné makroporézní skafoldy na bázi přírodních polymerů s antimikrobiálními účinky vhodné pro pěstování a růst buněk. V rámci práce bude optimalizována příprava a složení materiálu a následně budou testovány fyzikálněchemické, strukturní, mechanické, antimikrobiální a cytotoxické vlastnosti připravených materiálů včetně jejich degradability. Disertační práce bude vypracována ve spolupráci s ICTP/CSIC v Madridu a s českým průmyslovým partnerem.
Školitelka: prof. Ing. D. Plachá, Ph.D., e-mail:
Nukleace fotosenzitivních nanočástic a jejich modifikace různými zdroji záření
Jejich funkčnost je založena na světelné citlivosti krystalků halogenidů stříbra a na jejich schopnosti se redukovat za vyloučení surového stříbra. Na tomto principu je založena i klasická fotografie. Mezi studované světlocitlivé nanomateriály budou patřit nanočástice chloridu stříbrného (AgCl), který se za přítomnosti různých zdrojů záření bude dále do určité míry redukovat na kovové stříbro za vzniku heterostruktury Ag@AgCl. Výzkum bude zaměřen na přípravu AgCl pomocí různých metod a jeho následnou modifikaci. Materiál Ag@AgCl bude také později studován z hlediska jeho využití pro fotokatalytické a antimikrobiální aplikace.
Školitel: prof. RNDr. R. Dvorsky, Ph.D., e-mail:
Příprava a modifikace nanokompozitů na bázi nitridu uhlíku: fotokatalytická a baktericidní aktivita
V poslední době vzrostl počet výzkumných projektů, které se zabývají nitridem uhlíku (g-C3N4). Jedná se o organický lamelární polovodičový fotokatalyzátor, který je schopen generovat elektrony a díry již za použití slunečního světla. Vzniklé nositelé náboje potom reagují na povrchu tohoto fotokatalyzátoru s kyslíkem rozpuštěným ve vodě za vzniku oxidačních látek (peroxid vodíku, superkyslíkový a hydroxylový radikál), které lze využit na likvidaci polutantů, případně na eliminaci bakterií, které mohou být odolné i proti antibiotikům. Výzkum se bude zabývat modifikaci nitridu uhlíku anorganickými sloučeninami, které by měly zvýšit nejen fotokatalytickou aktivitu, ale také antimikrobiální vlastnosti.
Školitel: prof. RNDr. R. Dvorsky, Ph.D., e-mail:
Příprava sorpčních nanostruktur s fotokatalytickou regenerací
Sorbenty pro čištění vod a ovzduší je nutné po nasycení vyměnit a exponovaný materiál zlikvidovat. Výrazně ekonomičtější variantou je využití fotokatalýzy pro permanentní regeneraci rozkladem polutantů na netoxické složky přímo na sorpčním povrchu. Pokud by regenerace probíhala ozářením slunečním světlem, jednalo by se o ekonomicky velmi výhodný proces. V naší laboratoři se podařilo připravit sorpční materiál schopný fotokatalytické regenerace působením slunečního záření a další výzkum je zaměřen na zvýšení sorpční kapacity takových materiálů aplikací patentované metody řízené sublimace.
Školitel: prof. RNDr. R. Dvorsky, Ph.D., e-mail:
Desintegrace a exfoliace nanočástic kavitačním vysokoenergetickým kapalinovým paprskem CWJM
Při vstupu vysokoenergetického kapalinového paprsku do kapalinové disperze nanočástic dochází ke vzniku intenzivních smykových napětí v jeho okolí a ke vzniku kavitace. Při implozi kavitačních mikrobublin dochází na povrchu částic ke vzniku hydraulických rázů s ipaktními tlaky až desítek GPa, které významně převyšují pevnostní parametry materiálů. Tento mechanismus způsobuje desintegraci dispergovaných mikročástic až do nanometrických rozměrů. Významným problémem současné nanotechnologie je rovněž exfoliace vrstevnatých lamelátních materiálů jako je např. grafit. Lamelární materiály, dispergované v kapalině mohou být rovněž efektivně exfoliovány extrémním smykovým napětím v okolí vysokoenergetického kapalinového paprsku.
Školitel: prof. RNDr. R. Dvorsky, Ph.D., e-mail:
Příprava heterogenních katalyzátorů na bázi oxidů přechodných kovů a lanthanoidů s aktivní složkou pro katalytickou oxidaci těkavých organických látek
Řešená doktorská práce bude souborem nových poznatků o vlivu přípravy a složení heterogenního nosičového katalyzátoru s aktivní složkou na jeho fyzikálně-chemické vlastnosti (zejména mikro/strukturu, kyselost, redukovatelnost, aj.) a katalytickou účinnost v oxidaci těkavých organických látek (VOC), které bývají hojně využívány jako rozpouštědla ve farmaceutickém průmyslu. V rámci práce bude příprava a složení katalyzátoru optimalizováno tak, aby bylo dosaženo jeho nejvyšší možné katalytické účinnosti jak z hlediska aktivity, tak selektivity či stability. Předpokládá se studium katalytické oxidace těkavých organických látek jako je dichlormethan, formaldehyd či toluen. Pozornost bude věnována i popisu mechanismu oxidace vybrané VOC na vyvíjeném katalyzátoru. Student bude část experimentální práce realizovat ve spolupráci se zahraniční univerzitou formou krátkodobých stáží.
Školitelka: prof. Ing. L. Obalová, Ph.D., e-mail:
Nanoporézní uhlík pro ukládání elektrické energie
Práce je zaměřena na studium a výzkum mezo a nanoporézního uhlíkatého materiálu s grafitickou strukturou. Příprava materiálu je realizována karbonizaci makromolekulárního prekuzorního materiálů a vysokoteplotním zpracováním v inertní atmosféře. Grafitický materiál bude součásti katodového nanokompozitu s Li-S a nebo Li-Si složkami. Uhlíkatý materiál je použit pro zlepšení elektrochemických vlastnosti systému se sírou nebo křemíkem, jejichž nevýhodami je: nízká elektrická vodivost; rozpouštění lithiových polysulfidů což způsobuje usazování nerozpustných Li-sulfidů na anodě a celkovou ztrátu vodivosti; a pulverizaci elektrodového materiálů způsobenou objemovými změnami materiálu. Součásti práce bude experimentální vývoj spojený s chemickým a strukturním hodnocením vyvíjených nanokompozitů, studium teoretických vlastnosti materiálu na základě molekulárního modelování.
Školitelka: doc. Ing. G. Simha Martynková, Ph.D., e-mail:
Biokompatibilní hydroxyapatitová keramika a její kompozity s biogenní složkou
Doktorská práce se bude zaměřovat na syntézu a přípravu hydroxyapatitové keramiky pro protetické použití dentální i ortopedické, a dále charakterizace po stránce struktury a chemismu, a hodnocení aplikačních parametrů. Připravená keramika chemickou cestu bude testována na biokompatibilitu. Cílem bude vytvořit materiál s vylepšenými mechano-chemickými parametry, zvýšenou biokompatibilitou a možnosti integrace s živou tkání. Připravená keramika bude modifikována různými typy organických látek, a to především pro zvýšení antimikrobiální a regenerativní schopnosti finálního produktu v těle.
Školitelka: doc. Ing. G. Simha Martynková, Ph.D., e-mail:
Vlastnosti ultrarychlého spin-orbitálního proudu v magnetických multivrstvách
Dynamika spintronických a spinově transportních jevů bude studována pomocí ultrakrátkých laserových pulsů. Budící elektrický puls bude generován pomocí Austonova spínače. Testovací svazek bude zpožděn pomocí optické zpožďovací linky a bude detekovat magnetický stav pomocí magneto‑optický jevů. Testované struktury budou připraveny metodami pokročilé litografie.
Školitel: doc. Dr. Mgr. K. Postava, e-mail:
Spintronické terahertzové koherentní zdroje
Disertační práce se zaměří na návrh, přípravu a charakterizaci nových spintronických zdrojů monochromatického terahertzového záření. Emise polarizovaného světla s využitím spinově polarizovaných nosičů náboje bude studována jak teoreticky, tak experimentálně.
Školitel: doc. Dr. Mgr. K. Postava, e-mail:
Pokročilé difrakční optické struktury v bezpečnostní holografii
Hlavním cílem disertační práce je návrh a design nových difrakčních struktur pro aplikace v oblasti bezpečnostní holografie. Struktury budou vykazovat speciální barevné jevy, 3-dimenzionální animační jevy, polarizační selektivitu a navázání světla. Vzorky budou připravovány pomocí laserové litografie s přímým zápisem a fyzikální depozicí tenkých vrstev.
Školitel: doc. Dr. Mgr. K. Postava, e-mail:
Pokročilé metody elipsometrie Muellerovy matice
Hlavním cílem disertační práce je vývoj pokročilých elipsometrických metod a jejich využití pro charakterizaci speciálních vzorků s vysokým dopadem v polovodičovém průmyslu, biomedicíně, materiálových vědách a nanotechnologiích. Metoda zahrne měření v širokém spektrálním rozsahu od ultrafialových do terahertzových frekvencí, určení kompletní polarizační odezvy včetně anizotropie, optické aktivity, magnetooptických jevů, atd. Budou využity také speciální konfigurace s proměnným azimutálním úhlem a úhlem dopadu a technik pro měření rozptylu.
Školitel: doc. Dr. Mgr. K. Postava, e-mail:
Studium stability funkčních kompozitů
Jílové minerály díky svému strukturálnímu uspořádání jsou potenciálními sorbenty anorganických i organických polutantů. Jejich sorpční vlastnosti se navíc mohou měnit úpravou povrchu nebo interkalací. Mohou se tak připravit specifické sorbenty pro selektivní sorpci anorganických, popř. organických sloučenin. Takovýto kompozit musí mít nejen dobré sorpční vlastnosti, ale musí být v daném prostředí stabilní. Cílem práce je navrhnout metodu, kterou by bylo možné testovat stabilitu kompozitních funkčních materiálů s obsahem částic/nanočástic oxidů kovů.
Školitelka: prof. Ing. J. Seidlerová, CSc., e-mail:
Studium mechanismu biosyntézy nanočástic kovů s využitím rostlinné biomasy
Biologická cesta neboli bioredukce představuje alternativní metodu přípravy nanočástic. Cílem práce bude připravit nanočástice kovů nebo oxidů kovů biosyntézou (bioredukcí) pomocí extraktů rostlin, identifikovat fytochemikálie, příp. jiné biomolekuly zodpovědné za proces bioredukce a objasnit mechanismy biosyntéz.
Školitelka: prof. Ing. J. Seidlerová, CSc., e-mail:
Molekulární simulace adsorpce na nanokompozitních adsorbentech a adsorbentech
Předmětem disertační práce je porovnat různé strategie simulace adsorpce molekul na materiály se složitou a/nebo obtížně definovatelnou strukturou (přírodní fylosilikáty interkalované a povrchově modifikované organickými látkami, struktury typu core@shell, aktivní uhlí apod.). Simulace adsorpce na velkých a složitých modelech struktur adsorbentů (časově velmi náročné) budou porovnány se simulacemi adsorpce na zjednodušených modelech (vynechání komponenty, idealizace struktury, stavebnicový přístup apod.), aby bylo dosaženo srovnatelných výsledků a nalezení optimálního stupně zjednodušení. Výsledky molekulárních simulací budou korelovány s experimentálními daty. Cílem disertační práce je nalézt jednoduché a rychlé simulační strategie poskytující dostatečně přesné výsledky pro dané typy adsorbentů.
Školitel: doc. Ing. J. Tokarský, Ph.D., e-mail:
Studijní program: CHEMICKÁ METALURGIE
Teoretické a experimentální studium recyklace jemnozrnných metalurgických odpadů
V rámci udržitelného rozvoje je stále aktuální využití odpadů jako druhotných surovin. V důsledku snížení emisí aglomeračních a metalurgických provozů se na druhou stranu zvýšilo množství zachycených jemnozrnných odprašků. Tyto odprašky obsahují i více než 20 % železa a řadu dalších prvků, které lze zpětně využít nejen v samotném provozu výroby železa a oceli. Využití odprašků je spojeno nejen se znalostí možností separace zájmových prvků z odprašků, ale také způsob jejich zhutnění tak, aby bylo možné s nimi manipulovat, a přitom se do výrobního procesu nevnášely nežádoucí komponenty. Nezanedbatelným parametrem je znalost chemických procesů rozkladu a vzniku plynných produktů při zpracování briket/pelet. Nalezení nových postupů a materiálů vhodných pro přípravu briket/pelet tvořených odprašky a studium chemických reakcí při jejich zpracování je předmět disertační práce.
Školitelka: prof. Ing. J. Seidlerová, CSc., mail:
Studium vzniku polutantů při recyklačních procesech metalurgických odpadů
Metalurgické odpady jsou významným zdrojem železa. Jejich recyklace je však spojena s řadou problémů, mimo jiné také se vznikem plynných polutantů. Práce je zaměřena na studium vzniku plynných polutantů v závislosti na recyklačním procese a charakteru zpracovávaného odpadu v laboratorních podmínkách. Znalost mechanismu a příčin vzniku plynných polutantů přispěje k možnosti zavedení takových opatření, které by jejich vzniku předcházely.
Školitelka: prof. Ing. J. Seidlerová, CSc., mail:
Studijní program: CHEMICKÉ A ENVIRONMENTÁLNÍ INŽENÝRSTVÍ
Příprava polymerních membrán pro separaci plynů a par
Disertační práce bude zaměřena na přípravu robustních a účinných tenkovrstvých polymerních nanokompozitních membrán vhodných pro separace plynů a par v průmyslových aplikacích. Připravené membrány budou testovány pro získávání a čištění vodíku, CO2 a dalších plynů, pro separace a regenerace těkavých organických látek a jiných uhlovodíků. V rámci disertační práce bude student zaměřen na samotnou přípravu polymerních nanokompozitů ve formě tenkého filmu včetně výběru vhodných polymerů a nanoplniv, dále na studium jeho vlastností fyzikálně-chemických, strukturních a mechanických a následně bude rovněž testovat transport vybraných plynů.
Školitelka: prof. Ing. D. Plachá, Ph.D., mail:
Příprava nanokompozitní pěny s využitím superkritického CO2
V rámci disertační práce bude studována optimalizace podmínek přípravy nanokompozitních pěn na bázi biopolymerů (např. polylaktid) s využitím superkritického oxidu uhličitého ve vsádkovém i kontinuálním modu. Připravené nanokompozity budou testovány z hlediska jejich fyzikálně/chemických a strukturních vlastností, a zároveň bude studován vliv procesních podmínek na vlastnosti nanokompozitních pěn a vliv vybraných nanoplniv na vlastnosti nanokompozitních pěn.