Katedra fyziky povrchů a plazmatu

Nabídka témat bakalářských prací pro šk. rok 2022/2023

zobrazit předchozí rok (2021/2022), další rok (2023/2024)

cepice Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok 2022/2023 následující témata bakalářských prací.

Zápis Zájemce prosíme, aby se zapisovali v sekretariátu KFPP ve 2. patře KO Troja.

Práce pro zaměření Fyzika povrchů a ionizovaných prostředí (OF)

Formování záporných molekulárních iontů za nízkých teplot.
Formation of molecular anions at low temperature.


Vedoucí: Doc. RNDr. Radek Plašil, Ph.D. - A025, A024, tel. 2224, 2237
Konzultant: RNDr. Štěpán Roučka, Ph.D.

Anotace:

V roce 2006, byly pozorovány první záporné ionty v mezihvězdném prostoru, kde se podílejí na vývoji chemického složení oblak chladného plynu. Jejich reakce však ještě nejsou dobře prostudovány. V naší pražské laboratoři je dostupná unikátní aparatura s 22 pólovou radiofrekvenční iontovou pastí, kterou je možno schladit na 10 K. Tato konfigurace umožňuje experimenty v podmínkách vhodných ke studiu reakcí relevantních pro astrofyziku chladných oblaků plynů v mezihvězdném prostoru.

Studovány budou procesy formování molekulárních aniontů v širokém rozsahu teplot od desítek kelvinů do 300 K. Zaměříme se na formování aniontu OH–. Student se zapojí do experimentální práce v kolektivu dalších výzkumníků. Řešené téma je podporováno z několika grantů a je předpokládána zahraniční spolupráce při jejich řešení.

Zásady pro zpracování:

  1. Seznámení se s experimentální aparaturou.
  2. Rešerše reakce formování konkrétního aniontu za nízkých teplot.
  3. Bude se podílet na měření a vyhodnocení získaných dat.

Seznam odborné literatury:

  1. Millar T.J. et al., “Negative Ions in Space.” Chemical Reviews 117 (2017) 1765–95.
  2. Smith I.W.M., Low temperatures and cold molecules, World Scientific Publishing, Singapore 2008, ISBN 978-1-84816-209-9.
  3. Ghosh P.K., Ion Traps, Clarendon Press, Oxford 1995, ISBN 978-0198539957.

Pokovování skleněného substrátu pro výrobu plošných iontových pastí
Thin-film binarMetallization of glass substrate for the fabrication of surface electrode ion trapsy materials for heterogeneous catalysis and beyond


Vedoucí: Mgr. Michal Hejduk, Ph.D.
Konzultant: RNDr. Peter Kúš, Ph.D.

Anotace:

Výroba elektronických obvodů na skleněném substrátu je jednou z klíčových technologií pro zvýšení výkonu elektronických zařízení nové generace. Nanášení mědi (Cu) na skleněný substrát poskytuje mnoho výhod pro např. vysokofrekvenční komunikační zařízení (viz sítě 5G) nebo kvantové počítače. Nejzřetelnějšími výhodami použití skleněného substrátu jsou jeho materiálové vlastnosti, jako je hladkost povrchu, rozměrová stabilita při vysokých teplotách, nízká vodivost, nízká dielektrická ztráta a škálovatelnost na panely s větší plochou při snížených nákladech v porovnání s křemíkovými matricemi. Nedořešenou otázkou bránící širšímu nasazení tohoto materiálu je slabá adheze mezi sklem a kovem: ta je často horší ve srovnání s přilnavostí kovu ke kovu nebo křemíkovému podkladu.

V tomto projektu vyvinete metody zhotovení měděného filmu o tloušťce větší než 30 μm silně navázaného na skleněný substrát. Projekt zahrnuje seznámení se s postupy čištění skla a několika technikami nanášení (rozprašování, elektrolytické pokovování, galvanické pokovování). Budou studovány strukturní a morfologické vlastnosti nanesených filmů. Dále bude skleněný substrát podroben laserovému mikroobrábění s pomocí našich vědeckých spolupracovníků (https://www.hilase.cz/en/) za účelem výroby plošné iontové pasti. Jedna z možných struktur filmu a laserem odprášená mikrokanálková struktura na skle jsou znázorněny na obr. 1(a) a 1(b).

Zásady pro vypracování:

Literatura

Obrázek 1: (a) Konečná struktura filmu (b) laserem zhotovená mikrokanálková struktura na skle

Počítačová optimalizace plošné elektronové pasti
Computer-aided optimisation of surface electrode electron trap


Vedoucí: Mgr. Michal Hejduk, Ph.D.
Konzultant: RNDr. Štěpán Roučka, Ph.D.

Anotace:
Volné elektrony by se daly teoreticky využít jako qubity pro kvantové počítače, pokud by existovala možnost je udržet na místě a zchladit na velmi nízké teploty. V Ultracold Plasma Laboratory Prague vyvíjíme past, která by elektrony uměla zachytit a umožnit chlazení v interakci s laserem chlazenými ionty. Nyní stojíme před výzvou, jak dovést mikrovlnný signál nutný k zachycení elektronů do příslušných elektrod v plošné elektronové pasti při zachování kvality záchytného pole. V rámci této bakalářské práce vyvinete počítačovou optimalizační metodu, která nám pomůže najít nejlepší tvary a rozměry elektrod vytvářejících záchytné elektrické pole (obr. 1). Jako ideální se jeví některé z evolučních algoritmů, které je však nutné skloubit s výpočty a analýzou záchytného pole. Výslednou elektrodovou konfiguraci zhotovíme ve spolupráci s centrem HiLase a ČVUT a otestujeme.

Zásady vypracování:

  1. Seznámit se s doporučenou odbornou literaturou.
  2. Vyvinout počítačový algoritmus pro optimalizaci elektrodové struktury plošné elektronové pasti.
  3. Zhotovit vyvinutý elektrodový vzor na desce plošných spojů.

Literatura:

  1. Matthiesen, C., Yu, Q., Guo, J., Alonso, A. M. & Häffner, H. Trapping Electrons in a Room-Temperature Microwave Paul Trap. Phys. Rev. X 11, 011019 (2021).
  2. Schmied, R. Electrostatics of gapped and finite surface electrodes. New J. Phys. 12, 023038 (2010).
  3. Foot, C. J. Atomic physics. (Oxford University Press, 2005).
Obrázek 1: Vizualizace záchytného pole vytvořeného nad mikrovlnnými elektrodami.

Studium interakce nízkoteplotního plazmatu s tenkou vrstvou cínu
A study of the interaction of low-temperature plasma with thin film of tin


Vedoucí: Prof. RNDr. Milan Tichý, DrSc. - A031, tel. 2305, 2332 (fax)
Konzultant: Doc. Mgr. Pavel Kudrna, Dr. - A030, tel. 2225

Anotace:

Ve fúzním reaktoru typu tokamak je vnitřní stěna (blanket) vystavena intenzivnímu toku tepla a energetických částic, zejména v oblasti divertoru. První stěna Be-W je testována v tokamaku JET. Jako nevýhoda pevné první stěny je uváděna možná tvorba trhlin nebo lokální roztavení v případě nadměrného energetického zatížení. Jako alternativa byly navrženy pro budoucí reaktor pro jadernou fúzi, zejména v oblasti divertoru, komponenty na bázi tekutých kovů. Tím se minimalizují problémy, které se vyskytují u pevných kovových součástí, jako je krátká životnost materiálu v důsledku eroze, nebo jeho křehnutí působením neutronového toku. Kromě lithia a slitin kovů s nízkou teplotou tání byl navržen také cín, který má výhodu v nízkém tlaku nasycených par i při relativně vysoké teplotě 650 K [3], viz obr.1.

Jedním z problémů technologie divertoru tokamaku s tekutým kovem je redepozice uvolněného kovu na stěny nádoby tokamaku. Simulace experimentů provedených v tokamaku COMPASS Upgrade [4] ukázala, že množství uvolněného kovu se může pohybovat od mg až po několik gramů za sekundu v závislosti hlavně na geometrii a výběru materiálu Je známo, že lithium se dobře odpařuje a vodní pára může být použita k čištění opětovné usazeniny. U cínu nejsou účinné techniky čištění dosud známy.

Podstatou navrhované bakalářské práce je výzkum vlivu proudícího hustého nízkoteplotního plazmatu aplikovaného na vzorek cínového povrchu vytvořený napařováním. Zdroje plazmatu, které jsou na KFPP k dispozici, jsou potenciálně vhodné pro studium interakce nízkoteplotního plazmatu s cínovou vrstvou. Zároveň jsou k dispozici metody diagnostiky nízkoteplotního plazmatu jako je Langmuirova sonda, emisní sonda nebo optická emisní spektroskopie. Proměří-li se parametry plazmatu bez vzorku a plazmatu interagujícího s cínovým vzorkem, bude možné definovat proces(y), které vznikají interakcí plazmatu se vzorkem Sn.

Téma je rovněž předmětem návrhu tříletého projektu Grantové agentury ČR. V případě zájmu uchazeče bude proto možné pokračování na projektu v rámci navazující diplomové práce rozšířené o využití dalších experimentální metod.

Zásady pro vypracování:

  1. Seznámení se s potřebnými metodami přípravy Sn vzorků a jejich povrchové analýzy.
  2. Seznámení se s potřebnými metodami diagnostiky nízkoteplotního plazmatu.
  3. Proměření povrchu Sn vzorku metodami povrchové analýzy.
  4. Změření parametrů plazmatu bez přítomnosti Sn vzorku při různých experimentálních podmínkách.
  5. Změření parametrů plazmatu za přítomnosti Sn vzorku při různých experimentálních podmínkách.
  6. Proměření povrchu Sn vzorku metodami povrchové analýzy po interakci s plazmatem.
  7. Zpracování experimentálních dat a jejich interpretace, vypracování písemné zprávy.

Literatura:

  1. K. Mašek, P. Bábor, Metody povrchové a tenkovrstvové analýzy prvkového složení (xps, aes, sims), difrakce fotoelektronù, Materials Structure, vol. 18, no. 4 (2011), 251, pdf dostupné od vedoucího práce.
  2. M. Tichý, Plasma diagnostics by probes, pdf dostupné od vedoucího práce.
  3. J. Čečrdle, Simulation of behavior of liquid metal divertor heat shield on tokamak COMPASS Upgrade, Czech Technical University, Master thesis 2021.
  4. J. Horacek et al. Phys. Scr. 96 (2021) 124013.
  5. Další literatura po dohodě s vedoucím bakalářské práce.
Obrázek 1: Rychlost vypařování Li, Sn a slitiny 80Sn20Li (podle [3]).

Studium senzorických vlastností tenkých modifikovaných vrstev oxidu kobaltu
Study of gas sensing properties of metal doped cobalt oxide thin films


Vedoucí: Doc. RNDr. Karel Mašek, Dr. - A130, A126, A346, tel. 2753, 2242 (fax), 2313, 2252

Anotace:

Oxidové vrstvy se v současnosti používají v mnoha laboratorních i průmyslových aplikacích. Vrstvy WO3se používají jako základní materiál různých katalyzátorů a chemických senzorů. Detekce plynů tímto typem senzoru je založena změně vodivosti vrstvy vlivem například redukčního prostředí. Zvýšení účinnosti senzoru se provádí dopováním vrstvy aktivními kovy, v dnešní době zejména platinou.

Úkolem bakalářské práce je příprava modifikovaných vrstev oxidu wolframu a měření jejich morfologických a plynově senzorických vlastností. Vrstvy budou připravovány magnetronovým naprašováním na povrch pasivovaného křemíku a budou dopovány platinou a zlatem. Měření vodivosti tenké vrstvy se provádí čtyřbodovou metodou a sleduje se odezva senzoru na reakční atmosféru přímo v reaktoru. Chemické složení a chemický stav zkoumaných povrchů bude analyzován metodou fotoelektronové spektroskopie (XPS) pomocí vícekanálového hemisférického analyzátoru. Kontrola morfologie povrchu oxidové vrstvy se provádí na vzduchu metodami AFM a SEM. Všechny zmíněné metody jsou dostupné na našem pracovišti.

Zásady pro vypracování:
1) seznámení se s metodou přípravy vzorků
2) měření chemického stavu vzorků metodou XPS
3) měření morfologie vrstev
4) měření senzorických vlastností
5) vyhodnocení naměřených dat

Navrhovaná bakalářská práce úzce souvisí s projekty řešenými ve skupině povrchů KFPP a lze na ni navázat v následném magisterském i doktorandském studiu.

Literatura
1) Jiří Vojík, Diplomová práce, MFF UK, Praha, 2017
2) L. Eckertová a kol., Metody analýzy povrchů, Elektronová spektroskopie, Academia, Praha 1990
3) Články v odborných časopisech podle dohody s vedoucím práce

Tenkovrstvé binární materiály pro heterogenní katalýzu a nejen pro ni
Thin-film binary materials for heterogeneous catalysis and beyond


Vedoucí: RNDr. Viktor Johánek, Ph.D. - A133, tel. 2333
Konzultant: Doc. Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D. - A133, tel. 2333

Anotace:

Tenkovrstvé materiály se strukturami v rozměrech řádu nanometrů vykazují často velmi zajímavé vlastnosti odlišné od objemových a poskytují široký prostor pro „vyladění“ na požadované parametry. V případě tzv. binárních systémů je škála dosažitelných vlastností ještě mnohem pestřejší. V naší skupině se soutředíme kromě kombinovaných nanomateriálů typu kov-oxid také na tyto binární systémy, jejichž základ tvoří směsný oxid nebo slitinové kovové nanočástice. Potenciální využití takových struktur je pak velmi široké od heterogenní katalýzy, elektrokatalýzy, fotokatalýzy, detekce plynů, přes magnetooptické aplikace až po mikroelektroniku a supravodivost.

Předmětem této bakalářské práce bude nelezení parametrů přípravy vybraného binárního systému dle aktuálních potřeb probíhajících projektů ve skupině fyziky povrchů a jeho podrobná charakterizace technikami povrchové analýzy, včetně případného zkoumání stability za různých podmínek. K dispozici je sofistikovaná vakuová aparatura kombinující spektroskopické a strukturní metody, konkrétně rentgenovou fotoelektronovou spektroskopii (XPS), rastrovací tunelovou mikroskopii (STM), difrakci pomalých elektronů (LEED) a hmotnostní spektrometrii (QMS) s metodami pro přípravu čistých a dobře definovaných povrchů, tenkých vrstev a nanostruktur.

V případě zájmu uchazeče uvítáme pokračování na projektu v rámci navazující diplomové práce na projektu rozšířeném o s využitím dalších experimentální metod.

Zásady pro vypracování:

  1. Seznámení se s potřebnými metodami přípravy vzorků a jejich povrchové analýzy.
  2. Příprava tenkovrstvých modelových binárních systémů s dobře definovanou strukturou a složením fyzikálními metodami.
  3. Charakterizace vzorků a studium jejich základních fyzikálních vlastností pomocí dostupných metod fyziky povrchů.
  4. Zpracování experimentálních dat a jejich interpretace.

Literatura:

  1. Eckertová L. a kol.: Metody analýzy povrchů - elektronová spektroskopie, Academia, Praha (1990); Eckertová L. a kol.: Metody analýzy povrchů - elektronová mikroskopie a difrakce, Academia, Praha (1996)
  2. J. W. Niemantsverdriet, Spectroscopy in Catalysis: An Introduction, John Wiley & Sons (2000); Zangwill A.: Physics at Surfaces, Cambridge University Press, Cambridge (1988)
  3. Henry, C.R.: Surface studies of supported model catalysts, Surface Science Reports 31(7-8) (1998) 235; Campbell, C.T.: Ultrathin metal films and particles on oxide surfaces, Surface Science Reports 27(1-3) (1997) 1; J.A. Rodriguez: Physical and chemical properties of bimetallic surfaces, Surface Science Reports 24 (1996) 223
  4. Další literatura dle potřeby a dohody s vedoucím práce.
Modely bimetalických nanočástic Rh-Pt nesených na tenké orientované vrstvě oxidu kobaltu, demonstrující dva možné typy uspořádání – core-shell struktura (vlevo) a nanoslitina (vpravo).

Optimalizace mikroreaktoru pro studium tenkovstvých katalyzátorů
Microreactor optimization for measurement of thin-film catalysts


Vedoucí: RNDr. Viktor Johánek, Ph.D. - A133, tel. 2333

Anotace:

Pokrok v fyzice povrchů, nanomateriálů a heterogenní katalýze je do značné míry stimulován studiem tzv. modelových systémů, které umožnují (většinou v kombinací s teorií) pochopit základní principy jejich fungování. V naší skupině jsme v posledních letech tímto přístupem úspěšně řešili řadu aktuálních témat spojených s materiály pro katalýzu průmyslově i environmentálně důležitých reakcí (oxidace CO a alkoholů, dekompozice uhlovodíků, disociace vody, WGS reakce, reformování uhlovodíků apod.).

Informace získávané studiem těchto vysoce definovaných systémů, typicky v podmínkách vakua, je však potřeba souběžně doplňovat experimenty, které ověřují funkčnost nových materiálů v reálnějších podmínkách vyšších tlaků a případně i na površích s komplexnější strukturou. K měření reaktivity máme proto k dizpozici laboratorní mikroreaktor pro teplotně programovanou reakci (TPR), který umožňuje přímé měření chemického složení a koncentrací produktů reakcí (pomocí hmotového spektrometru) v závislosti na teplotě katalyzátoru a složení reaktantů. Je také přizpůsoben na případné připojení palivového článku nebo elektrolyzéru (kdy je pak chemická analýza doplněna o současné měření elektrických veličin pomocí potenciostatu).

Předmětem této práce bude celkové zdokonalení a modernizace mikroreaktoru, počínaje optimalizací vlastní reakční komory, přes efektivnější rozvod plynů až po řídící elektroniku a propojení s počítačem (z hardwarového i softwarového hlediska).

Na závěr bude experimentální zařízení otestováno a zkalibrováno pro několik běžně používaných plynů a ideálně také vyzkoušeno v reálném nasazení změřením reakce (resp. reakcí) na vzorku katalyzátoru, v návaznosti na aktuální činnost skupiny fyziky povrchů.

V případě zájmu uchazeče je možnost pokračovat v tomto tématu v rámci navazující diplomové práce, na projektu rozšířeném o další experimentální metody.

Zásady pro vypracování:

  1. Seznámení se s kvadrupólovou hmotovou spektrometrií (QMS) a metodami teplotně-programované reakce (TPR) a teplotně-programované desorpce (TPD).
  2. Vypracování návrhu upgrade mikroreaktoru a jeho obslužných součástí.
  3. Realizace upgrade mikroreaktoru a jeho obslužných součástí.
  4. Kalibrace mikroreaktoru a případně ověření jeho funkčnosti na reálných vzorcích katalyzátorů v součinnosti s dalšími členy skupiny fyziky povrchů.
  5. Vypracování dokumentace a zpracování případných experimentálních dat.

Literatura:

  1. F.A. White and G.M. Wood, Mass Spectroscopy, Applications and Engineering, John Wiley & Sons (1986); J. W. Niemantsverdriet, Spectroscopy in Catalysis: An Introduction, John Wiley & Sons (2000)
  2. Ertl, G., et al., eds. Handbook of Heterogeneous Catalysis, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: Weinheim, Germany (2008)
  3. Další literatura dle potřeby a dohody s vedoucím práce.
Schéma současného mikroreaktoru v uspořádání pro měření oxidace metanolu

Příprava katalyzátoru s velkým povrchem pro palivové články selektivním vymýváním bimetalické slitiny na bázi Pt
Preparation of high surface area catalyst for fuel cells by selective dealloying of Pt-based bimetallic alloy


Vedoucí: Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D.

Anotace:
Palivové články s polymerní membránou patří mezi nejslibnější alternativní zdroje čisté energie. Nicméně jejich komercializace je částečně omezena vysokou cenou platiny, která zůstává jediným katalyzátorem splňujícím požadavky na katalýzu a životnost v takových palivových článcích. Jednou ze slibných strategií k překonání této překážky je co nejvíce zvětšit aktivní povrch katalyzátoru, což lze realizovat přípravou Pt katalyzátoru s vysokým poměrem povrchu k objemu. To může být realizováno zejména elektrochemickým rozpuštěním předem nanesené bimetalické slitiny na bázi Pt, která může vytvářet homogenní 3D strukturované platinové povlaky s otevřenou pórovitostí. Tato práce bude zaměřena na přípravu Pt katalyzátorů s velkým povrchem a jejich testování v reálném palivovém článku. Bimetalická slitina na bázi Pt bude deponována metodou magnetronového naprašování s ohledem na optimalizaci parametrů depozice, složení a tloušťky katalytických vrstev. Slitina bude následně ponořena do leptacího roztoku za použití elektrického potenciálu, který způsobí selektivní rozpouštění méně ušlechtilého prvku. Ušlechtilejší platina tak zůstane a vytvoří struktury s velkým povrchem. Morfologie a složení deponovaných vrstev budou charakterizovány před a po elektrochemickém vymývání pomocí skenovací elektronové mikroskopie (SEM) a energeticky disperzní rentgenové spektroskopie (EDX). Měření aktivity bude prováděno v komerční testovací stanici palivových článků. Cílem práce bude sledovat souvislosti mezi morfologií a aktivitou katalytických vrstev.

Zásady pro vypracování:

  1. Rešerše literatury.
  2. Příprava vrstev bimetalických katalyzátorů magnetronovým naprašováním.
  3. Studium morfologie a složení připravených vrstev před a po elektrochemickém rozpouštění
  4. Měření aktivity vrstev s velkým povrchem v palivovém článku
  5. Zpracování experimentálních dat a sepsání bakalářské práce.

Literatura:

  1. Handbook of fuel cells: Fundamentals, technology, applications, W. Vielstich, A. Lamm, H.A. Gasteiger, Wiley (2003)
  2. Koh, S. et al. Electrocatalysis on Bimetallic Surfaces:  Modifying Catalytic Reactivity for Oxygen Reduction by Voltammetric Surface Dealloying. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12624–12625
  3. Oezaslan, M. et al. Size-Dependent Morphology of Dealloyed Bimetallic Catalysts: Linking the Nano to the Macro Scale. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 514–524

Návrh a testování elektrochemické cely pro charakterizaci katalytických tenkých vrstev
Design and testing of electrochemical cell for thin film catalyst characterization


Vedoucí: Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Yurii Yakovlev, Ph.D. - A145, L067, tel. 2733, 2763

Anotace:

Palivové články s polymerní membránou (PEMFC) patří mezi nejslibnější zdroje čisté energie. Kromě aktivity a nákladů je životnost katalyzátoru použitého v PEMFC považována za jeden z klíčových problémů jeho úspěšné komercializace. Testování katalyzátoru ve skutečných palivových článcích je však časově náročné a vyžaduje velké množství materiálu. Proto pro testování stability katalyzátoru byly vyvinuty takzvané akcelerované zátěžové testy (AST), které využívají potenciodynamické cyklování v elektrolytu uvnitř elektrochemické cely. Elektrochemická cela se skládá ze tří elektrod: pracovní elektrody (WE), pomocné elektrody (CE) a referenční elektrody (RE) ponořené do elektrolytu. Klíčovou složkou takového sestavení je WE, na kterou se nanáší katalyzátor a na které dochází ke sledované reakci. Komerční elektrochemická cela používá jako WE sklovitý uhlík ve tvaru vysokého válečku/tyčky, což komplikuje charakterizaci katalyzátoru na jejím povrchu před a po AST pomocí běžných spektroskopických a mikroskopických technik kvůli jejich nekompatibilitě se vzorkem tyčkovitého tvaru. Vývoj spolehlivé, přenosné a snadno použitelné elektrochemické cely využívající ploché pracovní elektrody je tedy zásadní.

Tato práce se zaměří na vývoj speciální elektrochemické cely vhodné pro charakterizaci tenkovrstvého katalyzátoru nanášeného na plochou elektrodu pomocí magnetronového naprašování. Spolehlivost takové cely bude testována na bimetalických slitinch na bázi Pt, které mají v současnosti nejvyšší potenciál jako katalyzátor pro PEMFC. Morfologie a složení katalyzátorů budou monitorovány skenovací elektronovou mikroskopií (SEM) a energeticky disperzní rentgenovou spektroskopií (EDX) před a po AST.

Cílem práce je navrhnout, vyrobit a otestovat elektrochemickou celu pro charakterizaci tenkovrstvých katalyzátorů.

Zásady pro vypracování:

  1. Rešerše literatury.
  2. Návrh a výroba elektrochemické cely.
  3. Příprava tenkých vrstev bimetalických katalyzátorů magnetronovým naprašováním.
  4. Studium morfologie a složení připravených vrstev před a po AST v elektrochemické cele
  5. Zpracování experimentálních dat a sepsání bakalářské práce.

Literatura:

  1. Handbook of fuel cells: Fundamentals, technology, applications, W. Vielstich, A. Lamm, H.A. Gasteiger, Wiley 2003, ISBN: 978-0-471-49926-8
  2. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2nd Edition, A.J. Bard, L.R. Faulkner, Wiley 2001, ISBN: 978-0-471-04372-0

Příprava jednodimenzionálních chemických senzorů oxidu kovu
Preparation of one-dimensional chemical sensors of metal oxide


Vedoucí: Mgr. Jaroslava Nováková, Ph.D.
Konzultant: Mykhailo Vorokhta, Ph.D.

Anotace:

hemické senzory charakterizují tři základní vlastnosti, a to stabilita, selektivita a sensitivita. Pro dosažení vysoké citlivosti senzoru na malé množství plynu se upouští od „tradičních“ objemových senzorů a nahrazují je senzory v podobě tenkých vrstev nebo tyček, či drátků.

Předmětem této práce bude právě studium jednodimenzionálních struktur, ve formě nanotyček různých oxidu kovu (WOx, ZnOx, CeOx) prostřednictvím skenovací elektronové mikroskopie (SEM) a elektronově disperzní rentgenové spektroskopie (EDX). Cílem je přenesení jediné nanotyčky z předem připraveného vzorku na mikročip pomocí nanomanipulátoru integrovaného v duálním skenovacím elektronovém mikroskopu (FIB/SEM). Následným zafixováním nanostruktury depozicí platiny systémem vstřikování plynu (GIS) dojde k vytvoření dostatečně vodivého kontaktu mezi nanotyčkou a čipem. Výsledkem bude 1D chemický senzor, připravený pro následné studium jeho odporových vlastností v závislosti na interakci s daným plynem.

Zásady pro vypracování:

  1. Studium doporučené literatury
  2. Seznámení se s principy skenovací elektronové mikroskopie (SEM) a komplementární spektroskopie (EDX).
  3. Zvládnutí práce s duálním mikroskopem s integrovaným iontovým svazkem (FIB), systémem vstřikování plynu (GIS) a nanomanipulátorem.
  4. Vytvoření kontaktu jediné nanotyčky na mikročipu.
  5. Vyhodnocení výsledků a sepsání práce.

Literatura:

  1. Cao, G.: Nanostructures and Nanomaterials, Imperial College Press, University of Washington, USA, (2004), ISBN 1-86094-415-9.
  2. Egerton, R.F.: Physical Principles of Electron Microscopy, Springer Science Business Media, New York, USA, (2007), ISBN-13: 978-0387-25800-0
  3. Giannuzzi L. A., Stevie F. A.: Introduction to Focused Ion Beams, Springer, Boston, USA, (2005), ISBN: 0-387-23116-1.
  4. Odborné články dle doporučení vedoucí práce

Studium detekčních mechanizmů etanolového senzoru
Study of detection mechanisms of ethanol sensor


Vedoucí: Mykhailo Vorokhta, Ph.D.

Anotace:
Navrhovaná bakalářská práce bude zaměřena na studium nových 1D nanomateriálů, jako jsou nanodráty WO3 a nanotyčky ZnO, vysoce účinných pro chemorezistivní detekci etanolu pomocí metody vysokotlaké rentgenové fotoelektronové spektroskopie. Tato moderní povrchová analytická technika umožňuje získání kompletní informace o přítomnosti adsorbátů a chemickém stavu povrchu citlivostní vrstvy, a to přímo za podmínek blízkých reálným pracovním podmínkám plynového senzoru (300 °C, vysoký tlak okolního plynu). Cílem práce bude získat základní a praktické znalosti o mechanismech interakce mezi etanolem a detekujícími materiály ve vztahu k jejich morfologii a složení, které v budoucnu pomůžou vyvinout plynový nanosenzor s vysokou citlivostí a selektivitou vůči etanolu.

Zásady pro vypracování:

  1. Seznámit se s problematikou detekce plynů a vysokotlakou rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (NAP-XPS). Jedná se o jediné zařízení tohoto typu v celé České republice, na světě jich funguje pouze několik desítek.
  2. Podílet se na přípravě nanostrukturovaných aktivních vrstev na bázi polovodivých oxidů kovů.
  3. Studium interakce připravených vrstev s etanolem ve vyšších tlacích metodou NAP-XPS.
  4. Vyhodnocení výsledků a sepsání práce

Seznam odborné literatury:

  1. F.G. Bănică, Chemical Sensors and Biosensors: Fundamentals and Applications, John Willey and Sons, Chichester, England, 2012. Print ISBN: 9780470710661 Online ISBN: 9781118354162 DOI:10.1002/9781118354162
  2. D. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, John Willey and Sons, Chichester, England, 1990. (Rentgenová fotoelektronová spektroskopie). ISBN 0471 92081 9
  3. M. Salmeron and R. Schlogl, Ambient pressure photoelectron spectroscopy: A new tool for surface science and nanotechnology, Surf. Sci. Rep. 63, 169–199, 2008.
  4. Články v literatuře podle doporučení vedoucího.

Interakce methanolu s povrchem epitaxních vrstev oxidu ceru o různé stechiometrii
Interaction of methanol with the surface of epitaxial layers of cerium oxide with different stoichiometry


Vedoucí: Prof. Mgr. Iva Matolínová, Dr. - A125, tel. 2241, 2252, 2734, 2732

Anotace:

Oxidu ceru je velmi zajímavým materiálem pro řadu odvětví, od katalýzy po biomedicínu. Téměř všechny jeho aplikace jsou postaveny na využití náchylnosti oxidu ceru ke snadné oxidaci a redukce. Tato povrchová katalytická aktivita CeO2 souvisí s přepínáním mezi oxidačními stavy ceru Ce4+ a Ce3+ a schopností absorbovat či uvolňovat kyslík z míst blízko povrchu.

V rámci této bakalářské práce se zaměříme na studium elektronové struktury modelových tenkých epitaxních vrstev oxidu ceru při interakci s molekulami methanolu pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie.

Cílem práce bude zjistit, jak interakce methanolu ovlivňuje koncentraci kyslíkových vakancí na povrchu oxidu ceru, které je doprovázeno změnami v oxidačních stavech Ce4+ a Ce3+, a jaké druhy vazeb na povrchu lze pozorovat v teplotním oboru do 700 K.

Zásady pro vypracování:

  1. Studium doporučené literatury
  2. Seznámení se s principy fotoelektronové spektroskopie a aparaturou, která bude ke studiu používána.
  3. Příprava epitaxních vrstev CeO2 s různou stechiometrií a jejich charakterizace
  4. Studium interakce methanolu s povrchy CeO2.
  5. Vyhodnocení výsledků a sepsání práce.

Literatura

  1. Catalysis by Ceria and Related Materials, A. Trovarelli, Imperial College Press, ISBN: 1-86094-299-7.
  2. D. Briggs, M.P. Seah: Practical Surface Analysis, vol. 2 - Auger and X-ray Photoelectron spectroscopy, Wiley, 1990, ISBN 0-471-92081-9
  3. Odborné články dle doporučení vedoucí práce

Vliv depozičních parametrů při magnetronovém naprašování na morfologii protonovo-vodivé membrány pro vodíkové technologie
The influence of deposition parameters during magnetron sputtering on the morphology of proton-exchange membrane for hydrogen technologies


Vedoucí: RNDr. Peter Kúš, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Tomáš Hrbek

Anotace:
Magnetronové naprašování je jednou z nejrozšířenějších a nejuniverzálnějších metod depozice tenkých nanostrukturovaných vrstev či katalyzátorů [1]. Na našem pracovišti jsme vyvinuli a patentovali proces, kterým dokážeme prostřednictvím současného naprašování a plazmového leptání během depozičního procesu modifikovat povrch tzv. protonově-vodivé membrány, která je klíčovou komponentou vodíkových palivových článků a elektrolyzérů vody [2][3]. Takto modifikovaná membrána má výrazně větší povrch, což po následném pokrytí tenkovrstvým katalyzátorem vede k vyšší účinnosti palivových článků či elektrolyzerů [4]. Cílem práce bude seznámit se s fungováním depozičního zařízení obsahujícího tři balancované magnetrony a připravit sérii modifikovaných membrán při odlišných parametrech, jako jsou složení pracovní atmosféry, tlak či depoziční výkon. Následně se pomocí skenovací elektronové mikroskopie bude pozorovat míra odlišnosti jejich morfologie. Závěrem se vzorky s nejrůznorodější morfologií, pokryté katalyzátorem změří v elektrolyzéru. Ukáže se tedy, jak je morfologie vrstvy schopna ovlivnit účinnost takového elektrochemického zařízení, nutného pro fungování vodíkového hospodářství.

Zásady pro vypracování:

  1. Bibliografická rešerše.
  2. Seznámení se s jednotlivými experimentálními metodami.
  3. Příprava série modifikovaných protonovo-vodivých membrán.
  4. Charakterizace připravených vzorků pomocí skenovacího elektronového mikroskopu.
  5. Změření účinnosti vzorků v elektrolyzéru vody.
  6. Vyhodnocení výsledků a sepsání bakalářské práce.

Literatura:

  1. Gudmundsson JT. Physics and technology of magnetron sputtering discharges. Plasma Sources Sci Technol 2020;29:113001. doi:10.1088/1361-6595/abb7bd.
  2. Carmo M, Fritz DL, Mergel J, Stolten D. A comprehensive review on PEM water electrolysis. Int J Hydrogen Energy 2013;38:4901–34. doi:10.1016/j.ijhydene.2013.01.151.
  3. Wang Y, Chen KS, Mishler J, Cho SC, Adroher XC. A review of polymer electrolyte membrane fuel cells: Technology, applications, and needs on fundamental research. Appl Energy 2011;88:981–1007. doi:10.1016/j.apenergy.2010.09.030.
  4. Hrbek T, Kúš P, Yakovlev Y, Nováková J, Lobko Y, Khalakhan I, et al. Sputter-etching treatment of proton-exchange membranes: Completely dry thin-film approach to low-loading catalyst-coated membranes for water electrolysis. Int J Hydrogen Energy 2020;45:20776–86. doi:10.1016/j.ijhydene.2020.05.245.