- Příprava modelového systému Cu - oxid wolframu (info: Prof. RNDr. Karel Mašek, Ph.D.)
Modelové systémy slouží k základnímu výzkumu fyzikálně chemických vlastností pevných látek. Zde použijeme monokrystal wolframu k vytvoření orientované vrstvy oxidu wolframu na jeho povrchu. Na povrchu oxidu dále připravíme nanometrové ostrůvky mědi za účelem vytvoření modelového katalyzátoru. Strukturní a chemické vlastnosti budou zkoumány moderními metodami fyziky povrchů – RHEED, XPS, AFM. - Je možné použít oxid kobaltu jako senzor? (info: Prof. RNDr. Karel Mašek, Ph.D.)
Tenkovrstvé konduktometrické senzory plynů se testují v senzorické testovací stanici. Senzory obvykle pracují za přesně daných podmínek, z nichž nejdůležitější je teplota. Úkolem této práce je připravit a otestovat konduktometrický senzor založený na bázi oxidu kobaltu. Senzor bude připraven magnetronovým naprašováním a otestován pomocí vodíku v syntetickém vzduchu. - Impedanční spektroskopie – okno do nitra elektrochemických systémů (info: Hrbek Tomáš)
Elektrochemická impedanční spektroskopie (EIS) představuje důležitou metodu hojně využívanou při výzkumu a charakterizaci elektrochemických systémů, jako jsou elektrolyzéry vody, baterie nebo palivové články, a to jak v akademickém výzkumu, tak v průmyslové praxi. Princip metody spočívá v aplikaci střídavého napětí nebo proudu na studovaný systém a následném měření frekvenční závislosti získané elektrochemické odezvy. S aplikací této techniky se však pojí několik praktických výzev, především správné nastavení amplitudy signálu a rozsahu měřených frekvencí, ale také volba a interpretace vhodných ekvivalentních elektrických obvodů využívaných k simulaci a zpracování naměřených dat. Cílem tohoto projektu je detailně porozumět využití EIS při studiu elektrolyzéru vody, optimalizovat měřicí parametry (amplitudu a frekvenční rozsah) s ohledem na charakter zkoumaného systému a provést předběžnou analýzu naměřených dat pomocí simulací ekvivalentních obvodů.
- Simulace srážkového plazmatu v jazyce Julia (info: Doc. RNDr. Štěpán Roučka, Ph.D.)
Chování plazmatu lze dobře a relativně efetivně popsat s pomocí particle-in-cell modelů, které nahrazují náročný výpočet párových coulombovských interakcí výpočtem globálního elektrického pole z Poissonovy rovnice. Cílem projektu bude integrace modelu srážek do stávajícího particle-in-cell modelu v jazyce Julia. Při vývoji tohoto kódu klademe důraz na čitelnost kódu pro výukové účely, ale i na vysokou efektivitu. Výsledný kód bude aplikován na vybraný problém z fyziku plazmatu. Vyžadovány jsou obecné znalosti programování, avšak zkušenost s jazykem Julia není nutná. - Hvizdy generované sopečnými erupcemi (info: Prof. RNDr. František Němec, Ph.D.)
Hvizdy, tedy elektromagnetické vlny šířící se plazmatickým prostředím zemské magnetosféry, běžně vznikají díky bleskovým výbojům v běžných atmosférických bouřkách. K elektrickým výbojům nicméně může docházet i v důsledku sopečných erupcí. Odpovídající vlny, jejich vlastnosti a možnost šíření magnetosférou zůstávají nicméně prakticky neprozkoumány. Náplní projektu je využití dat globální bleskové detekční sítě a družicových vlnových dat pro identifikaci a analýzu možných vln pocházejících z výbojů generovaných během sopečných erupcí. - Pokročilá příprava tenkých vrstev magnetronovým naprašováním – automatizase naprašovacího procesu (info: Hrbek Tomáš)
Předběžní zájemci: Dávid DzubaMagnetronové naprašování je perspektivní metoda přípravy tenkých vrstev, kterou ve Skupině nanomateriálů využíváme k tvorbě katalytických materiálů pro vodíkové technologie. Současné manuální ovládání naprašovacích parametrů (napětí/proud) omezuje naši flexibilitu, zejména při přípravě multimetalických vrstev, kde je výhodné dynamicky řídit rychlosti naprašování jednotlivých prvků. Cílem projektu je pomoci s automatizací procesu naprašování a v případě úspěchu připravit touto metodou tenké vrstvy odlišných vlastností a zhodnotit možné limity tohoto přístupu.
- Buď prvním experimentátorem na spektrometru DRIFTS (info: Doc. RNDr. Viktor Johánek, Ph.D.)
Moderní materiálová věda a fyzika povrchů využívá celé řady metod, založených na interakci vzorků s elektrony, fotony, ionty, neutrálními atomy a molekulami. K hlubšímu pochopení chování zkoumaných vzorků je zpravidla třeba kombinace více typů techto metod v rámci jedné experimentální aparatury. U jedné z takových vakuových aparatur ve skupině fyziky povrchů se v současné době chystá rozšíření o absorpční optické metody v infračervené oblasti, v celkovém uspořádání, které bude poměrně unikátní. Tyto optické metody, založené na fourierovské IR spektroskopii, jsou celkem tři a zahrnují mimo jiné tzv. difúzní variantu (DRIFTS). Ta byla v naší laboratoři nedávno nově instalována a je potřeba ji otestovat na reálných vzorcích a porovnat její výstupy s doposud používanou reflexni variantou (IRRAS) z hlediska různých fyzikálních kritérií. Obě experimentální uspořádání umožňují automaticky řízený ohřev vzorků i vytvoření přesně definovaného složení plynné atmosféry v okolí vzorku, lze tudíž snadno provádět obě měření v porovantelných podmínkách. - Optimalizace energetického rozlišení v XPS (info: Doc. Mgr. Martin Setvín, Ph.D.)
XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) je metoda určená k chemické analýze vzorků. Pomocí rentgenky je generováno charakteristické rentgenové záření, kterým je ozařován vzorek. Ze vzorku jsou emitovány elektrony podle pravidel Einsteinova fotoelektrického jevu. Energie těchto elektronů je analyzována hemisférickým analyzátorem, což umožňuje určení chemického složení vzorku.
Cílem této práce je popsat závislost mezi energetickým rozlišením našeho systému a intenzitou signálu. Energetické rozlišení je dáno dvěma hlavními parametry: Velikostí vstupní štěrbiny hemisférického analyzátoru a parametrem nazývaným „pass energy“, tj, kinetickou energií elektronů v analyzátoru. Kromě toho vstupuje do hry několik dalších parametrů, které lze optimalizovat. Zlepšování energetického rozlišení vždy nevyhnutelně vede ke snížení intenzity signálu a nutnosti měřit delší dobu. Úkolem je optimalizovat nastavení přístroje a charakterizovat vztah mezi energetickým rozlišením a intenzitou signálu.
Dobrovolná možnost: Otestovat ozařování vzorku UV světlem a udělat analýzu podobnou předchozímu bodu. Zde by bylo potřeba použít UV diodu a pomocí standardních optických komponentů světlo fokusovat na vzorek. Emitované fotoelektrony v tomto případě mají energie v řádu jednotek elektronvoltů a je možné je použít ke studiu valenčního pásu a elektronových stavů v okolí Fermiho meze.
Vlevo: schématický obrázek experimentální komory. Šipky vyznačují dráhu rentgenového záření a elektronů emitovaných ze vzorku. Vpravo: Fotografie systému. Úkoly:
1) Použít povrch Ag(111) a maximalizovat intenzitu signálu v XPS. 2) Měnit parametry přístroje a postupně zlepšovat energetické rozlišení. Pro každou hodnotu energetického rozlišení popsat optimální parametry. 3) Výsledky shrnout ve formě reportu, který bude sloužit dalším uživatelům přístroje. - Experimentální výroba ledových prachových zrn (info: RNDr. Libor Nouzák, Ph.D.Doc. RNDr. Jiří Pavlů, Ph.D.)
Ledová prachová zrna pocházející především z gejzírů měsíce Enceladu jsou nedílnou součástí prachových prstenců Saturnu. Během letních měsíců projektu se pokusíme tato prachová zrna vyrobit v experimentálních podmínkách naší prachové laboratoře.
Umělecká představa shluků ledových prachových zrn obsažených v prstencích Saturnu (zdroj: Wikipedia). - Z čeho jsou vyrobené mince? (info: Doc. Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D.)
Předběžní zájemci: Šimon Šťastný
Pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM) a analýzy EDX zjisti, jaké prvky obsahují různé mince z různých zemí nebo období. Vyzkoušíš si práci se vzorky, měření složení a porovnávání materiálů v závislosti na stáří nebo původu mince. - Zkoumání mechanizmů chemických reakcí na atomově čistém povrchu (info: Doc. Mgr. Michael Vorochta, Ph.D.)
Předběžní zájemci: Michal Šálka
Při realizaci tohoto projektu bude mít student možnost pracovat v moderní vědecké laboratoři provádějící experimentální výzkum v oblasti katalýzy. Student se seznámí s ultravysokým vakuem a různými experimentálními metodami čištění a charakterizace ultračistého povrchu platiny a prostuduje mechanismus jednoduchých reakcí na něm (2CO+O2=2CO2, 2H2+O2=2H2O atd.). - Tak podobné, a přitom jiné. Sestav si a porovnej elektrolyzér vody s protonově vodivou membránou a s aniontově vodivou membránou. (info: RNDr. Peter Kúš, Ph.D.)
Předběžní zájemci: Samuel BudziňákNa našem pracovišti se již dlouhá léta zabýváme elektrolyzéry vody s protonově vodivou membránou (PEM-WE). V kontextu vodíkového hospodářství se jedná o velmi perspektivní technologii, která umožňuje přeměňovat energii z obnovitelných zdrojů na vodík – v současnosti je celosvětově instalováno přibližně 450 MW PEM-WE. Tyto elektrolyzéry však obsahují katalyzátory z drahých kovů, jejichž zásoby jsou omezené. Naproti tomu elektrolyzéry s aniontově vodivou membránou (AEM-WE) pracují s dostupnějšími katalyzátory, typicky na bázi Ni, Fe a Co. Tato technologie je však teprve v počáteční fázi vývoje a je nutné vyřešit ještě řadu výzev, než bude možné ji průmyslově využít.
Cílem projektu je seznámit se s oběma technologiemi, připravit jednoduché katalytické vrstvy, sestavit jak PEM, tak AEM elektrolyzér a vyhodnotit jejich účinnost v testovacích stanicích.
- Vývoj interakčních regionů ve slunečním větru (info: Mgr. Tereza Ďurovcová, Ph.D.)
Proudy slunečního větru vycházející z odlišných zdrojů na Slunci mají různé rychlosti a jejich vzájemným působením vznikají rozsáhlé interakční regiony. Cílem projektu je provést případovou studii, která porovná interakční regiony v počátcích jejich vývoje v blízkosti Slunce s již plně vyvinutými regiony běžně pozorovanými družicemi v okolí Země. - Seznámení s vodíkovými palivovými články (info: RNDr. Michal Václavů, Ph.D.)
Vodíkové palivové články mají své místo mezi "čistými" zdroji energie. V rámci projektu se řešitel seznámí s problematikou vodíkových palivových článků s polymerní membránou, vyzkouší si např. sestavení testovací cely, charakterizaci různými metodami, testování s vodíkem a zátěžové testy.
- Praktikální úloha Sigma-Delta ADC (info: Prof. RNDr. Milan Tichý, DrSc.)
Zváni jsou všichni uchazeči se základní znalostí elektroniky a programování
Popis projektu:
Převodníky AD a DA s vysokým rozlišením mají svá specifika. Například tzv. kvantizační šum začíná být pro rozlišení vyšší než 16 bitů srovnatelný s bílým šumem. Studium takových převodníků je proto atraktivní pro studenty se zájmem o elektroniku.
Pomocí převodníků firmy Texas Instruments, 24-bitového ADC1220 a 16-bitového DAC80502-02, umístěných na modulech s tištěnými spoji, jsem sestavil praktikální úlohu nazvanou Sigma-Delta ADC. Moduly jsou hardwarově řízeny z USB portu počítače. V této úloze jsou převodníky řízeny programy dodanými výrobcem, a využití převodníků je tak omezené vlastnostmi softwaru. Úkolem studenta by bylo:
1) Zjistit, zda by bylo možné sestavit uživatelský ovládací program alespoň na jeden z obou převodníků, a rozšířit tak možnosti úlohy. 2) Posoudit vhodnost současného zadání této úlohy a navrhnout případné změny.K dispozici je funkční sestava úlohy, zahrnující počítač, osciloskop, digitální voltmetr, kabeláž a potřebné napájecí zdroje
- A reference magnetic field database for BMSW data via machine learning methods (info: Gilbert Pi, Ph.D.)
In this project, we will use machine learning methods to establish a reference magnetic field dataset for BMSW1 data. The BMSW is a solar wind monitor onboard the Russian Spektr-R spacecraft2, which was launched on July 18, 2011. A plasma monitor is usually most effective when paired with magnetic field data, but this spacecraft did not provide magnetic field data. Therefore, we will establish a reference magnetic field dataset to support the BMSW data. The reference dataset will be built up via a machine learning model using the L1 observations as input.
1. BMSW (https://aurora.troja.mff.cuni.cz/spektr-r/project/index.php) 2. Spektr-R (https://www.russianspaceweb.com/spektr_r.html) 3. Python regression method (https://machinelearningmastery.com/regression-tutorial-keras-deep-learning-library-python) - „Butterfly effect“ aneb odhal tajemství motýlích křídel (info: Mgr. Jaroslava Nováková, Ph.D.)
Barva předmětu vzniká tím, jak odráží světlo. Tento proces zahrnuje dvě hlavní složky: pigmentovanou barvu a strukturní barvu. Jak vlastní pigmenty, tak povrchové struktury v mikroměřítku ovlivňují, jak se nám objekt jeví, ale barvu vytvářejí velmi odlišným způsobem.
Pigmenty vytvářejí barvu absorbováním určitých vlnových délek (nebo barev) světla. Například chlorofyl je pigment, který dodává rostlinám jejich barvu tím, že absorbuje všechny barvy kromě zelené (obrázek 1A). Zbývající zelené světlo se odráží od rostliny do našich očí.
Na druhé straně strukturální barva vzniká selektivním odrazem nebo absorpcí určitých barev v důsledku interakce světla s mikroprvky, jako jsou difrakční mřížky, fotonické krystaly a plasmonické metamateriály (obrázek 1B). Strukturální barva je zodpovědná za zářivé barvy pavích per, motýlích křídel, opálů a barevného skla.
Některá zvířata jako chobotnice a chameleoni dosahují adaptivního maskování změnou jak pigmentů, tak mikrotextur jejich kůže. Vědci doufají, že tento fenomén využijí k návrhu mikrostruktur, které vylepšují, stíní nebo manipulují se světlem pro pokročilé technologie, jako je kamufláž, maskování a technologie proti padělání.
Cílem projektu bude pozorovat strukturu motýlích křídel nebo páví peří pod skenovacím elektronovým mikroskopem (SEM) a korelovat mikrostrukturu s emitovanou barvou.
- Poloha plazmapauzy na základě vlnových měření (info: Prof. RNDr. František Němec, Ph.D.)
Plazmapauza je hranice oddělující husté plazma uvnitř zemské plazmasféry od výrazně řidčího plazmatu vně. Její poloha je významná - mimo jiné - s ohledem na šířící se elektromagnetické vlny, které podstatným způsobem ovlivňuje. Poloha plazmapauzy může být určena buď přímo z hustotních měření nebo na základě skokové změny pozorovaných vln na této hranici. Předmětem projektu je identifikace polohy plazmapauzy ve vlnových datech, její charakterizace v závislosti na relevantních parametrech a srovnání s in-situ měřenými koncentracemi plazmatu. - Realizace netěsnosti pro diferenciální hmotnostní spektroskopii (info: Doc. Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D., Doc. RNDr. Viktor Johánek, Ph.D.)
Předběžní zájemci: Matyas VýhonskýDiferenciální hmotnostní spektroskopie je experimentální metoda používaná pro studium chemického složení plynných nebo kapalných vzorků při atmosférickém tlaku. Na našem pracovišti se diferenciální hmotnostní spektroskopie standardně používá na výstupu chemických nebo elektrochemických reaktorů pro modelové i reálné katalyzátory [1, 2]. Doposud byla diferenciální hmotnostní spektroskopie aplikována na plynné směsi. Při měření plynná směs expanduje do vakua přes vhodnou netěsnost a následně je analyzována hmotnostním spektrometrem.
Cílem tohoto projektu bude experimentální ověření nového druhu netěsnosti, který umožní expanzi par do vakua pro kapalné vzorky. Realizace takovéto netěsnosti rozšíří okruh zkoumaných vzorků na kapalinové výstupy elektrochemických reaktorů.
Cíle projektu:
• Seznámení se s technikou diferenciální hmotnostní spektroskopie. • Realizace zkušební netěsnosti pro kapalinové vzorky • Ověření funkce zkušební netěsnosti pro kapalinové vzorky • Vyhodnocení a prezentace získaných dat Práce bude probíhat ve skupině fyziky povrchů KFPP na existující vakuové aparatuře.Literatura:
[1] Johánek, V; Ostroverkh, A; Fiala, R, Vapor-feed low temperature direct methanol fuel cell with Pt and PtRu electrodes: Chemistry insight, Renewable Energy, 138, 409–415, 2019, doi:10.1016/j.renene.2019.01.109 [2] Johánek, V; Švenda, P; Mašek, K, Methanol to hydrogen conversion on cobalt–ceria catalysts prepared by magnetron sputtering, Int. J. Hydrog. Energy, 46, 17197–17208, 2021, doi:10.1016/j.ijhydene.2021.02.167