Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2017/2018 následující témata bakalářských prací.zobrazit předchozí rok (2016/2017), další rok (2018/2019)
POZOR! Neprohlížíte aktuálně vyhlášená témata.
Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2017/2018 následující témata bakalářských prací.
Zájemce prosíme, aby se zapisovali v sekretariátu KFPP ve 2. patře KO Troja.
Vedoucí: 
Prof. RNDr. Rudolf Hrach, DrSc. - A236, A241, tel. 2328, 2344
Anotace:
Tenké kovové vrstvy na dielektrických podložkách jsou v počátečních fázích růstu tvořené izolovanými ostrůvky. Rozměry ostrůvků a jejich poloha na podložce jsou ovlivňované řadou fyzikálních parametrů. Pro studium procesů nukleace a růstu ostrůvků je velmi vhodné používat kombinaci počítačového modelování a počítačové analýzy experimentálních dat. Vhodné počítačové metody jsou: metoda molekulární dynamiky pro fázi nukleace, metoda Monte Carlo pro fázi růstu a slévání ostrůvků a metody založené na teorii matematické morfologie pro analýzu obrazu vzniklých vrstev.
Zásady pro vypracování:
1. Seznámení s problematikou.
2. Navržení zjednodušeného modelu růstu tenké kovové vrstvy založeného na metodě Monte Carlo.
3. Vyhodnocování generovaných tenkovrstvových systémů vybranými algoritmy zpracování obrazu.
4. Diskuse vztahu mezi modelovými a fyzikálními parametry s využitím existujících experimentálních dat.
5. Upřesnění stochastického modelu růstu vrstev.
Téma předpokládá schopnost samostatné práce ve vybraném programovacím jazyku.
Seznam odborné literatury:
R. Hrach: Počítačová fyzika I, Ústí nad Labem 2003.
R. Hrach: Počítačová fyzika II, Ústí nad Labem 2003.
J. Šimek: Doktorská dizertační práce, MFF UK 2006.
V. Gabriel: Bakalářská práce, MFF UK 2016.
Další literatura po dohodě s vedoucím bakalářské práce.
Vedoucí: Doc. RNDr. Václav Nehasil, Dr. - A134, A141, tel. 2776, 2751
Anotace:
Reaktivita systémů obsahujících vzácné kovy (Pt, Pd, Rh) a oxid ceru je dlouhodobě studována i využívána v praxi. Uplatňuje se zde vlastnost oxidu ceru, který dokáže podpořit reakci tím, že uvolňuje nebo na sebe váže kyslík a krom toho v kombinaci s deponovaným vzácným kovem vytváří i speciální struktury, které ještě reaktivitu systému zvyšují.
V základním výzkumu pracujeme většinou s takzvanými modelovými katalyzátory, jejichž struktura, složení i čistota jsou dobře definované. Na takových systémech je možno sledovat vliv jednotlivých parametrů jejich přípravy i podmínek, ve kterých pracují, na produktivitu sledované reakce. Zkoumáme energetické rozdělení elektronů na povrchu vzorku pomocí elektronové spektroskopie a interakci zkoumaného systému s dopadajícími molekulami plynu, která závisí na vzájemném předávání elektronu, se snažíme interpretovat pomocí znalosti tohoto rozdělení. Všechny sledované parametry jsou ovlivněny morfologickými vlastnostmi povrchu, proto zkoumáme i je.
Práce bude probíhat na existující funkční aparatuře, bude souviset s výzkumem aktuálně prováděným na katedře. V literatuře doporučené k bakalářské práci je uvedena i jedna bakalářská práce a jedna disertační práce, které v laboratoři vznikly v předchozích letech a které mohou posloužit jako ukázka problémů, které studujeme.
Zásady pro vypracování:
1) Seznámit se s metodami studia adsorpce plynů metodou Molekulárních svazků (MB) a Termodesorpční spektroskopie (TDS) a s Rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (XPS).
2) Prostudovat ty části doporučené literatury, které se týkají problematiky studované ve vypsané práci.
3) Provést měření na vrstvávh Rh-CeOx s různou koncentrací dispergovaného rhodia, případně na těchto vrstvách, které byly dodatečně pokryty nespojitou vrstvou dalšího katalyticky aktivního kovu. Sledovat aktivitu vzorků při interakci s plyny.
4) Získané výsledky interpretovat a sepsat ve formě bakalářské práce.
Literatura
1) L. Eckertová a kol., Fyzikální elektronika pevných látek, Univerzita Karlova, Praha, 1992. (Povrch látky, jeho chování a vlastnosti, metody výzkumu)
2) Ch. Kleint, K.-D. Brzoszka, Čs. čas. fyz. A 25 (1975) 345. (Interakce povrchu s plyny, termodesorpční spektroskopie)
3) D. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, John Willey and Sons, Chichester, England, 1990. (Rentgenová fotoelektronová spektroskopie)
4) Klára Ševčíková, Studium vlivu elektronové struktury na reaktivitu systému oxid-kov, Disertační práce, KFPP MFF UK Praha, 2015 (Systém Rh-CeOx, reaktivita, elektronová struktura)
5) Miroslav Kettner, Studium interakce inverzního katalyzátoru CeOx/Rhodium, KFPP, Diplomová práce, MFF UK Praha, 2013 (Jedna z modifikací výzkumu interakce molekul plynů s povrchem)
Vedoucí: Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D. - A133, tel. 2333
Konzultant: Mgr. Andrii Tovt
Anotace:
Dopanty – atomy kovových příměsí v oxidech mohou představovat chemicky, magneticky nebo opticky aktivní centra a určovat funkčnost dopovaných oxidů v řadě technologicky relevantních aplikací. Pro porozumění fyzikálně-chemickým vlastnostem aktivních center je klíčová znalost jejich morfologie a elektronové struktury.
Cílem vypisované bakalářské práce je zobrazení povrchu kobaltem dopovaného oxidu ceru [1] a ověření možnosti získat atomárně rozlišenou mikroskopickou informaci o aktivních centrech tvořených Co atomy. Příprava a charakterizace vzorků bude probíhat v pracovní skupině fyziky povrchů KFPP MFF UK na jedinečné aparatuře vybavené rastrovacím tunelovým mikroskopem (STM).
Práce navazuje na dlouhodobé aktivity pracovní skupiny fyziky povrchů KFPP ve špičkovém základním i aplikovaným výzkumu epitaxních vrstev oxidu ceru pro fyzikálně-chemické aplikace [2-5] a rozšiřuje aplikační potenciál těchto materiálů směrem k optoelektronickým aplikacím.
1) Seznámení se s přípravou tenkých vrstev vakuovým napařováním [6]
2) Seznámení se s experimentální technikou STM [7]
3) Příprava tenkých vrstev kobaltem dopovaného oxidu ceru
4) Mikroskopická charakterizace tenkých vrstev technikou STM
5) Vyhodnocení a prezentace získaných dat
Seznam odborné literatury:
[1] M. Veis et al., “Optical and magneto-optical properties of Co-doped CeO2-delta films in the 0.5 to 4 eV range,” J. Appl. Phys., vol. 115, 17A940, 2014, doi:10.1063/1.4867961
[2] F. Dvořák et al., “Adjusting Morphology and Surface Reduction of CeO2(111) Thin Films on Cu(111),” J. Phys. Chem. C, vol. 115, p. 7496, 2011, doi:10.1021/jp1121646.
[3] F. Dvořák et al., “Creating Single-Atom Pt-Ceria Catalysts by Surface Step Decoration.” Nat. Commun., vol. 7, p. 10801, 2016, doi:10.1038/ncomms10801.
[4] Y. Lykhach et al., “Counting electrons on supported nanoparticles,” Nat. Mater., vol. 15, p. 284, 2016, doi:10.1038/nmat4500.
[5] R. Fiala et al., “Proton exchange membrane fuel cell made of magnetron sputtered Pt–CeOx and Pt–Co thin film catalysts, ” J. Power Sources, vol. 273, pp. 105–109, 2015, doi:10.1016/j.jpowsour.2014.08.093
[6] F. Dvořák, Dizertační práce, KFPP MFF UK, 2014.
[7] C.J. Chen, Introduction to Scanning Tunneling Microscopy (Oxford University Press, 2007)
Vedoucí: RNDr. Viktor Johánek, Ph.D. - A133, tel. 2333
Konzultant: Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D. - A133, tel. 2333
Anotace:
Heterogenní katalyzátory založené na kombinaci přechodových kovů (příp. jejich slitin) a tzv. reducibilních oxidů se ukazují jako velmi účinné pro použití v řadě chemických reakcí. Vlastnosti takového katalyzátoru závisí nejen na chemickém složení svrchní vrstvy, ale i na její fyzické a elektronické struktuře. Pomocí změny orientace povrchu oxidu, koncentrace defektů nebo způsobu dotování kovovými prvky lze zásadně ovlivnit výsledné vlastnosti katalyzátoru a tím ho optimalizovat pro různé chemické reakce. Ke studiu elementárních jevů, ke kterým dochází na površích katalyzátorů při interakci s molekulami plynů, slouží dobře definované tzv. modelové systémy.
Navrhovaná práce proběhne na ultravakuové aparatuře, kombinující metody TDS (termodesorpční spektroskopie, tj. studium reaktivity), XPS (rentgenová fotoelektronová spektroskopie, tj. primárně studium chemického složení), STM (rastrovací tunelová mikroskopie, tj. studium morfologie a elektronické struktury) a LEED (elektronová difrakce, tj. studium uspořádání povrchu). Těžiště práce bude spočívat v aplikaci TDS a XPS k měření interakce molekul s povrchy reducibilních oxidů (ceru a/nebo kobaltu) a to jak čistých, tak v kombinaci se vzácnými kovy (Pt, Rh, Au, Pd, Ir, …) ve formě nesených nanoklastrů nebo atomárně rozptýlených (konkrétní výběr bude dán aktuálním stavem probíhajícího výzkumu ve skupině). Výsledky budou analyzovány a interpretovány s pomocí informací, získaných jinými členy našeho týmu metodami STM a LEED v téže aparatuře, případně pomocí dalších metod – např. může být dle potřeby umožněn přístup na moderní aparaturu vysokotlaké fotoelektronové spektroskopie (NAP-XPS) k ověření vlastností vybraných systémů za podmínek vyšších tlaků.
V případě zájmu uchazeče se počítá s možností pokračovat na projektu v rámci navazující diplomové práce.
1. Seznámení se s experimentální metodou TDS a měřením koeficientu ulpění. Seznámení se s experimentální metodou XPS.
2. Příprava a analýza tenkých vrstev oxidů (případně směsných oxidů) a vzorků kov-oxid s dobře definovanou strukturou (ve spolupráci s uživateli metod STM a LEED)
3. Měření adsorpce a reakce vybraných molekul na připravených vzorcích metodou TDS a efúzních svazků.
4. Zpracování experimentálních dat.
Seznam odborné literatury:
[1] Henry, C.R.: Surface Science Reports 31(7-8) (1998) 235
[2] Campbell, C.T.: Surface Science Reports 27(1-3) (1997) 1
[3] Mullins, D.R.: Surface Science Reports 70(1) (2015) 42
[4] Matolin, V. et al.: Langmuir 26(16) (2010) 13333; V. Matolín et. al.: Surf. Sci. 603 (2009) 1087; Matolin, V. et al.: Catalysis Today 181(1) (2012) 124
[5] F.A. White and G.M. Wood, Mass Spectroscopy, Applications and Engineering, John Wiley & Sons (1986)
[6] J. W. Niemantsverdriet, Spectroscopy in Catalysis: An Introduction, John Wiley & Sons (2000)
Vedoucí: Doc. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc. - A325, A327, A332, tel. 2336, 2342, 2346
Konzultant: doc. RNDr. Pavel Sobotík, CSc
Anotace:
Skenovací tunelová mikroskopie (STM) dokáže zobrazit povrch pevné látky s atomárním rozlišením. Využívá silnou lokalizaci tunelového proudu mezi kovovým hrotem a povrchem vzorku. Exponenciální závislost proudu na vzdálenosti hrotu a povrchu způsobuje, že i nepatrné změny v atomární konfiguraci na povrchu mají výraznou odezvu v proudu. Přestože zobrazování povrchu je relativně pomalé (standardně 1 snímek za minutu), lze zaznamenávat a měřit i rychlejší změny povrchu díky odezvě v tunelovém proudu. Rychlé procesy se na snímcích projeví různě, např. jako vícenásobné zobrazení pohybujícího se atomu či molekuly, rozmazáním obrazu v oblasti, kde je pohybující se objekt lokalizován (Obr.1), nebo integrálním zobrazením, které odpovídá pravděpodobnosti výskytu pohybujících se objektů na povrchu během skenování. V případě, že nás zajímá doba setrvání atomu či molekuly nebo „neklid“ molekuly v adsorpční pozici, je možné při fixní poloze hrotu nad daným místem zkoumat změny – fluktuace tunelového proudu (Obr.2). Změnou teploty systému lze řídit rychlost povrchových dějů a nastavením parametrů tunelového přechodu (vzdálenost, napětí, proud) určujeme míru ovlivnění studovaných jevů samotným procesem měření. Analýzou časových průběhů fluktuací v závislosti na podmínkách měření lze získat hodnoty vazebních energií a další parametry ovlivňující chování adsorbovaných atomů či molekul.
1. Porozumět principu měření pomocí STM a interpretaci obrazu.
2. Seznámení se základy analýzy časových řad.
3. Zvládnutí techniky měření a sběru dat na experimentálním zařízení s STM.
4. Příprava vzorků pro studium chování molekul ftalocyaninu na povrchu křemíku pasivovaného kovem.
5. Zobrazení a výběr objektů vhodných pro měření, záznam časových průběhů tunelového proudu.
6. Analýza a interpretace naměřených fluktuací.
Seznam odborné literatury:
1. Metody analýzy povrchů: iontové, sondové a speciální metody. Editoři: L. Frank, J. Král, Academia, Praha 2002.
2. Chen C.J., Introduction to Scanning Tunneling Microscopy, Oxford Univ. Press, Oxford 1993
3. Další literatura podle doporučení vedoucího práce.
Vedoucí: Doc. RNDr.Pavel Sobotík, CSc. - A326, A327, A332, tel. 2250, 2342, 2346
Anotace:
Kovové ftalocyaniny (MePC), velmi stabilní molekuly často používané jako pigmenty, a jejich fluorované verze (FMePC) jsou velmi perspektivní materiály pro vytváření solárních článků či organických FET tranzistorů. Pro miniaturizaci a integraci těchto organických polovodičů do současné polovodičové technologie je nezbytné se naučit připravovat definované a uspořádané monovrstvy těchto organických molekul na upravených/ pasivovaných polovodičových površích a charakterizovat je na atomární úrovni. Jako vhodný nástroj se nabízí tunelový mikroskop (STM), který umožňuje nejen atomární zobrazení zkoumaných struktur ale i charakterizaci jejich elektronických vlastností.
Cílem práce je definovaná depozice molekul (kovové ftalocyaniny) na kovem pasivovaný povrch křemíku (In/Sn-Si(111)) a následná charakterizace vzniklých molekulárních vrstev pomocí tunelové mikroskopie.
1) Detailní seznámení se s metodou STM
2) Zvládnutí definované depozice kovových ftalocyaninů sublimací z kelímku.
3) Charakterizace deponovaných struktur pomocí STM
4) Vyhodnocení experimentů
Seznam odborné literatury:
1. B. Voigtlaender: Atomic Force Microscopy and Scanning Tunneling Microscopy, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2015.
2. Methods of experimental physics: Scanning tunneling microscopy, ed.by
J.A.Stroscio,W.J.Kaiser, Academic Press Ltd.,1993
3. Aktuální dostupná časopisecká literatura
Vedoucí: Doc. Mgr. Iva Matolínová, Dr. - A125, tel. 2241, 2252, 2734, 2732
Konzultant: Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D.
Anotace:
Při depozici oxidu ceričitého (CeO2) metodou magnetronového naprašování na uhlíkový substrát dochází k růstu velice porézní vrstvy oxidu ceru. V rámci této bakalářské práce se zaměříme na zkoumání dvojvrstvy CeO2/CNx v elektrochemické cele. Cílem práce je studium změn morfologie dvojvrstvy vlivem působení elektrochemického potenciálu pomocí řádkovacího elektronového mikroskopie mikroskopu (SEM) a mikroskopie atomárních sil (AFM).
Zásady pro vypracování:
1) Bibliografická rešerše.
2) Zvládnutí základních funkcí ovládání řádkovacího elektronového mikroskopu a mikroskopu atomárních sil.
3) Příprava a charakterizace vzorků v SEM a AFM.
4) Elektrochemická měření a opětovná charakterizace vzorků v SEM a AFM.
5) Vyhodnocení výsledků.
Literatura
1) Physical Principles of Electron Microscopy, Ray F. Egerton, Springer, ISBN: 978-0387-25800-0, New York 2007.
2) Fundamentals of Electrochemistry, V.S. Bagotsky, John Wiley & Sons, Inc., ISBN-13 978-0-471-70058-6, New Jersey 2006.
3) Catalysis by Ceria and Related Materials, A. Trovarelli, Imperial College Press, ISBN: 1-86094-299-7.
Vedoucí: Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D.
Anotace:
Palivové články s polymerní membránou patří mezi nejslibnější alternativní zdroje čisté energie [1]. Nicméně komercializace palivových článků je omezena pomalou kinetikou reakce redukce kyslíku (ORR), která běží na katodě. Další překážkou je vysoká cena platiny, která zůstává jediným katalyzátorem pro ORR splňujícím požadavky na katalýzu a stabilitu. Zatím jednou z nejlepších strategií překonání těchto omezení je dopování platiny jinými kovy. Bimetalické slitiny platiny zvětšují elektrokatalytickou aktivitu vůči ORR a současně snižují cenu katalyzátoru [2].
Zatím ale chybí úplná znalost vývoje struktury a složení slitinových katalyzátorů v podmínkách provozu palivových článků. To je dáno především proto, že většina studií zkoumala katalyzátory pouze před a po reakci. Vznik moderních in-situ technik umožňuje zkoumat katalyzátor za podmínek, které se blíží reálnému provoznímu prostředí [3].
V rámci bakalářské práce budou připravovány bimetalické katalyzátory metodou magnetronového naprašování. Simulace provozních podmínek palivového článku bude provedena v elektrochemické cele a chování bimetalických vrstev bude zkoumáno pomocí in-situ mikroskopie atomárních sil přímo v elektrochemické cele (EC-AFM). Pro dodatečnou charakterizaci budou využívaný také ex-situ metody elektronových mikroskopií (SEM, TEM) a fotoelektronová spektroskopie (XPS).
Cíle práce:
1) Seznámení se s problematikou [1-3].
2) Seznámení se s experimentálními technikami: cyklická voltammetrie, EC- AFM, SEM [4-6].
3) Příprava bimetalických katalyzátorů metodou magnetronového naprašování a jejich charakterizace.
4) Měření morfologie povrchu katalyzátoru v EC-AFM za podmínek, které se blíží reálnému provoznímu prostředí v palivovém článku.