Katedra fyziky povrchů a plazmatu

Studentské projekty

KFPP vypisuje malé vědecké projekty pro studenty 1. a 2. ročníku fyziky. Řešení projektů, jejichž nabídka je níže, bude probíhat od června do září 2026, tedy hlavně v době prázdnin. Během té doby se můžete seznámit podrobněji se sice drobným, ale konkrétním a aktuálním problémem, který na katedře řešíme. Vaše pomoc při řešení bude velmi vítaná.

A co bude výsledek projektu? Krátká prezentace na společném setkání řešitelů a vedoucích, které se bude konat na konci září. Za úspěšné řešení projektu získáte odměnu 9000,-Kč, a to formou mimořádného stipendia.

Jak jsou volena témata projektů? Tak, aby i začínající student mohl na projektu pracovat. Často jsou k řešení využívány běžně užívané programy nebo již známé metody a řešení projektu spočívá hlavně v jejich vtipném použití, inovaci postupu nebo zpracování většího objemu dat.

Kdo mi při řešení projektu poradí? U každého projektu je obvykle uveden jeden vedoucí a jeden student magisterského nebo postgraduálního studia, na které je možné se vždy obrátit s dotazem.

Co musím udělat, abych mohl s projektem začít? Není třeba žádných větších formalit, pouze zajít za pracovníkem (jehož e-mail je u tématu uveden) a vyslovit buď přání projekt řešit nebo se informovat podrobněji o tom, co by Vás čekalo a podle toho se rozhodnout.

Kolik času mi řešení zabere? Projekty jsou vypsány tak, aby zabraly 10–12 plných pracovních dnů. Pokud chcete však o prázdninách obětovat více času, získáte lepší výsledky a větší odměnu (po dohodě s vedoucím projektu).

Přináší řešení projektů nějakou výhodu? Kromě vyzkoušení si vlastní tvůrčí práce a drobné finanční odměny také možnost pokračování při řešení fakultních studentských projektů v dalším semestru, případně, pokud Vás tématika zaujme, i další pokračování při řešení bakalářské práce. Navíc si i zkusíte způsob, jak o svém projektu na úrovni informovat ostatní spolužáky nebo pracovníky, což se v dalších letech bude hodit i pro jiné prezentace.

Seznam letošních (léto 2026) projektů

1. Jeden vzorek, různá složení: kombinatorická příprava multimetalických vrstev (info: Doc. Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D.)
   Navrhni si vlastní „knihovnu“ slitin na jednom větším substrátu a zjisti, jak se mění složení v prostoru. Připravíš tenkou vrstvu pomocí magnetronového naprašování z více terčů a pomocí EDX zmapuješ, jaké slitiny vznikly v různých částech vzorku.

   



2. Komprese v elektrolyzéru: kdy se to zlomí? (info: RNDr. Tomáš Hrbek, Ph.D.)
   Elektrolyzér vody je zařízení, které umožňuje levnou a čistou produkci vodíku rozkladem čisté vody. Tato zařízení jsou extrémně kompaktní, což na jednu stranu výrazně zvyšuje jejich komerční potenciál, ale na druhou je to činí citlivými na vnější podmínky. Jedním z klíčových, ale často podceňovaných parametrů při sestavování elektrolyzérů vody je komprese celého zařízení. Přítlak mezi jednotlivými vrstvami článku ovlivňuje elektrický kontakt, transport vody a plynů i mechanické namáhání katalytické vrstvy a membrány. Příliš malá komprese vede ke špatnému kontaktu a vyšším odporům, příliš velká naopak může způsobit omezení transportu, lokální přetížení komponent a urychlenou degradaci. Zvlášť důležitá je skutečnost, že tlak není v článku rozložen homogenně: pod žebry flow fieldu bývá vyšší než v oblastech kanálků, což vede k nehomogenním reakčním podmínkám v rámci jediné aktivní plochy. Cílem projektu je studovat lokální rozložení mechanického tlaku v elektrolyzéru pomocí speciální tlakové fólie Fujifilm a propojit jej s výkonem a degradací katalyzátoru i dalších komponentů článku pomocí skenovací elektronové mikroskopie, případně pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie. Projekt se zaměří na hledání odpovědi na otázku, kdy přítlak ještě pomáhá, a kdy už začíná systému škodit. Jde o zdánlivě jednoduchý, ale ve skutečnosti velmi aktuální problém, se kterým se potýkají jak malé výzkumné laboratoře, tak i největší světoví průmysloví hráči.


3. Od emisí k palivu: Cesta k pochopení Sabatierovy reakce (info: RNDr. Peter Matvija, Ph.D.)
   Sabatierova reakce umožňuje přeměňovat oxid uhličitý na syntetická paliva, čímž řeší dvě klíčové výzvy dneška: snižování emisí CO₂ a hledání udržitelné náhrady fosilních paliv. Navzdory jejímu významu však stále plně nerozumíme jejímu mechanismu. V tomto projektu se na reakci podíváš zblízka: budeš zkoumat modelový povrch niklu, nejpoužívanějšího katalyzátoru pro tuto reakci, za podmínek blízkých průmyslu. Využiješ přitom špičkové techniky, jako jsou skenovací tunelová mikroskopie, fotoelektronová a infračervená spektroskopie. Čeká tě reálná práce v laboratoři: příprava vzorků, měření i analýza dat. Ideální příležitost vyzkoušet si skutečný vědecký výzkum.

   



4. Zkoumání molekulární adsorpce na atomově čistém povrchu (info: Doc. Mgr. Michael Vorochta, Ph.D.)
   

   Anotace

   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 adsorpci jednoduchých molekul na něm (CO, CO₂, O₂, H₂, CH₃OH, atd.).

   Annotation

   During the implementation of this project, the student will have the possibility to work in a modern scientific laboratory performing experimental research in the field of catalysis. The student will get familiar with ultra-high vacuum and different experimental methods for cleaning and characterization of ultra-clean surface of platinum and study the adsorption of simple molecules on it (CO, CO₂, O₂, H₂, CH₃OH, etc.).


5. Můžeme získávat energii bez plamene? (info: Mgr. Yurii Yakovlev, Ph.D.)
   Po několik staletí lidstvo získává mechanickou energii a teplo především spalováním paliv. Tento přístup vedl k významnému technologickému pokroku, je však zásadně omezen Carnotovou účinností a je odpovědný za vysoké emise skleníkových plynů. Je ale spalování jediným způsobem, jak přeměňovat chemickou energii na užitečnou práci? Elektrochemické reakce probíhající v palivových článcích představují přesvědčivou alternativu ke klasickým spalovacím technologiím. Na rozdíl od tepelné oxidace umožňují palivové články přímou přeměnu chemické energie na energii elektrickou prostřednictvím elektrochemické oxidace, a to s minimální produkcí tepla. Při tomto procesu jsou elektrony odtrženy od molekul paliva a vedeny vnějším elektrickým obvodem, kde mohou vykonávat užitečnou práci. V rámci tohoto projektu student sestaví funkční palivový článek a bude jej provozovat s různými palivy, jako jsou vodík, methanol a ethanol. Výkon různých konfigurací palivových článků bude systematicky hodnocen a výhody i omezení jednotlivých přístupů budou diskutovány jak z praktického, tak ze základního fyzikálně chemického hlediska.

   Náplň projektu

   sestavení elektrochemického palivového článku; provoz s různými typy paliv (vodík, methanol, ethanol); měření a analýza proudově napěťových (I–V) charakteristik; porovnání účinnosti, stability a praktických omezení různých systémů; vypracování stručné technické zprávy shrnující výsledky a závěry.


6. Obvod pro modulaci anodového napětí plasma thrusteru (info: Prof. RNDr. Milan Tichý, DrSc.)
   Zváni jsou všichni uchazeči se základními znalostmi z elektroniky a zájmem o atraktivní aplikaci.

   Popis projektu:

   Pro korekci polohy některých satelitů se používají motory založené na principu elektrického výboje, tzv. plasma thrustery. Jedním z často používaných typů thrusteru je tzv. Hall-Effect thruster, viz obrázek. Tah motoru zprostředkovávají ionty urychlené elektrickým pole v toroidální komoře. Termionická katoda výboje je umístěna mimo komoru a elektrony z ní zároveň slouží k neutralizaci iontového svazku.

   

   V současnosti stále probíhá výzkum zaměřený na zlepšení energetické účinnosti. Jedním z problémů tohoto typu thrusteru jsou oscilace výboje, které spotřebovávají část dodané energie. Aby bylo možné tyto oscilace studovat, je potřeba tyto oscilace synchronizovat s vnějším signálem. Jednou z možností, jak tuto synchronizaci provést, je modulovat anodové napětí výboje harmonickým signálem s proměnnou frekvencí v rozmezí několika kHz a amplitudou několik desítek voltů. Je navrženo zkonstruovat elektronický obvod s firemním operačním zesilovačem APEX MP38, který by se zapojil do série s anodovým napětím. Obvod musí být schopen dodat proud několik ampérů a musí být navržen jako plovoucí, aby bylo možné jej zapojit do série se zdrojem anodového napětí. Předmětem letního projektu je proto navrhnout elektronický obvod, který by umožňoval modulaci anodového napětí thrusteru harmonickým signálem zhruba do frekvence 30kHz. Obvod musí být plovoucí, tj. neuzemněný, a musí být schopen dodat proud několika ampérů s předpokládanou amplitudou výstupního napětí několik desítek voltů. Jedná se tedy o projekt z hardwarové elektroniky.

   Úkolem studenta by bylo:

   1) Prostudovat vlastnosti firemního operačního zesilovače APEX MP38. 2) Navrhnout modulační obvod s využitím tohoto zesilovače. 3) Sestavit tabulku potřebných mechanických (například chladič, skřínka apod.) a elektronických součástek. 4) Zkonstruovat obvod a otestovat jej s použitím externích napájecích zdrojů a externího zdroje signálu. Při zkouškách bude výboj thrusteru reprezentován odporem s vhodnou velikostí a výkonovým zatížením. 5) Připravit prezentaci na seminář KFPP o letních projektech začátkem zimního semestru. K dispozici je vlastní operační zesilovač MP38, osciloskop, digitální voltmetr, signální generátor, a potřebné napájecí zdroje.


7. Dá se naprášit MoS₂? Příprava tenkých vrstev katalyzátoru pro vývoj vodíku (info: RNDr. Tomáš Hrbek, Ph.D.)
   Vodíkové technologie patří mezi důležité směry budoucí udržitelné energetiky, jejich širší využití je ale stále limitováno cenou a dostupností účinných katalyzátorů. Sulfid molybdeničitý, MoS₂, je zajímavou alternativou k drahým kovům, protože je levný, relativně stabilní a může vykazovat aktivitu pro vývoj vodíku. Cílem projektu bude ověřit, zda lze MoS₂ připravit v podobě tenké vrstvy pomocí magnetronového naprašování. Student připraví několik vzorků za různých základních depozičních podmínek a pomocí dostupných metod ověří, zda vzniklá vrstva skutečně obsahuje molybden a síru ve vhodném poměru. Charakterizace bude zahrnovat především skenovací elektronovou mikroskopii, případně i testy v reálném elektrolyzéru vody s protonově vodivou membránou (PEM-WE). Projekt odpoví na jednoduchou, ale prakticky důležitou otázku: funguje naprašování MoS₂ v našem systému dostatečně dobře na to, aby mělo smysl tento směr dále rozvíjet? Výsledkem bude základní experimentální přehled vhodný jako odrazový můstek pro navazující bakalářskou nebo diplomovou práci.


8. Inteligentní řízení průtokoměrů plynu minipočítačem Raspberry Pi (info: Doc. Mgr. Pavel Kudrna, Dr.)
   Experimentální aparatury pro technologické plazma zpravidla nejsou z vakuového hlediska konstruovány pro mezní tlak pod 10-3 Pa. Příkladem jsou plazmatická tryska, planární magnetron nebo válcový magnetron. Pro dosažení potřebné čistoty pracovního plynu se systém provozuje v průtočném režimu, tj. vakuový systém se stále čerpá a současně se do něho napouští konstantním průtokem pracovní plyn s definovanou čistotou. Požadovaný tlak tohoto pracovního plynu se nastavuje rovnováhou mezi čerpací rychlostí vývěvy, která je zpravidla redukována škrticím ventilem nad jejím hrdlem, a vpouštěním plynu přes napouštěcí regulátor průtoku. Při obvyklém objemu vakuové komory od několika do pár desítek litrů jsou časové konstanty této rovnováhy dostatečně dlouhé a požadovaný tlak v oblasti jednotek až pár set pascalů jde udržovat na přibližně konstantní hodnotě bez nežádoucích změn. Klíčovou součástí tohoto uspořádání je regulátor průtoku plynu (mass flow controller), který na základě přenosu tepla měří aktuální průtok plynu a je současně vybaven elektricky ovládaným jehlovým ventilem. Díky tomu průtok plynu nejen měří, ale ovládáním jehlového ventilu je na v závislosti na vstupním signálu schopen požadovanou hodnotu průtoku plynu udržovat. Měření průtoku plynu na principu přenosu tepla nezávisí na tlaku a teplotě, je však závislé na druhu plynu prostřednictvím jeho hustoty a měrné tepelné kapacity. To se projeví tabelovanými kalibračními faktory, které jsou pro typické pracovní plyny k dispozici, pro další je možné je vypočítat a kalibrační faktor lze vyčíslit i pro případnou směs více plynů. Pro letní projekt je již k dispozici potřebný hardware. Konkrétně jde o minipočítač Raspberry Pi, menší grafický displej, A/D a D/A převodníky, zdroj napětí a samozřejmě regulátory průtoku. Je k dispozici i předběžná verze ovládacího programu.

   Úkolem studenta by bylo:

   1) Seznámit se s ovládáním průtokoměru, konkrétně jde o analogové napěťové vstupy a výstupy 0 až 5 V a TTL vstupy. 2) Navrhnout jednoduchý plošný spoj pro propojení jednotlivých částí, tj. RPI, displeje, převodníků, zdroje napětí a konektorů Canon 15 pro připojení kontrolérů. 3) Dokončit a odladit ovládací program s možností nastavení kalibračních koeficientů. 4) Ověřit funkčnost řízení průtokoměrů. 5) Připravit krátkou prezentaci na seminář KFPP v září 2026.


9. 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.

   

   Obrázek vlevo: příklad měření závislosti odporu senzoru na koncentraci vodíku při dané teplotě Obrázek vpravo: princip činnosti konduktometrického senzoru Kontakt: karel.masek@matfyz.cuni.cz


10. PM-IRRAS v akci: podílej se na spuštění a testování nového infračerveného spektroskopu (info: RNDr. Peter Matvija, Ph.D.)
    Předběžní zájemci: {Škombárová Ema Lola}[948]
    Chceš být u zrodu nové experimentální aparatury? Přidej se k projektu zaměřenému na spuštění a testování špičkového PM-IRAS spektroskopu v laboratoři chemické a strukturní analýzy na KFPP UK. Během léta se zapojíš do prvních měření na nově instalované aparatuře. Naučíš se, jak se „ladí“ experiment od nuly – od testování systému přes optimalizaci podmínek experimentu až po měření reálných vzorků. Zaměříš se na studium molekul adsorbovaných na površích důležitých katalyticky aktivních monokrystalických materiálů jako jsou Pt, Ni a Cu. Čeká tě práce s moderními metodami povrchové vědy, interpretace spekter a možnost vidět, jak vznikají experimentální postupy, které budou využívat další výzkumníci. Projekt je ideální pro zvídavé studenty, kteří chtějí získat praktické zkušenosti, proniknout do reálného výzkumu a být u něčeho nového od samého začátku.

    



11. Navrhni katalyzátor budoucnosti: Mikroskopický pohled na globální výzvy (info: RNDr. Peter Matvija, Ph.D.)
    Předběžní zájemci: {Beňačková Kristína}[947]
    V dnešním světě jsou katalyzátory klíčové pro snižování znečištění i rozvoj udržitelné energetiky. Jak ale vznikají materiály, které opravdu fungují? A nejsou jen velmi drahým kompromisem? V tomto projektu se podíváš na katalyzátor zblízka, až na úroveň jednotlivých atomů. Zaměříme se na modelové systémy na bázi oxidu ceru (CeO₂) dopovaného přechodovými kovy (Co, Ni, Cu, Zn, …), které mohou nahradit drahé katalytické materiály a zvýšit tak jejich dostupnost pro širší aplikace. Čeká tě práce se špičkovými experimentálními metodami: STM pro zobrazení povrchu s atomárním rozlišením, LEED pro určení krystalové struktury a XPS pro sledování chemických změn. Projekt je ideální pro zvídavé studenty, kteří chtějí pochopit, jak se z mikroskopických detailů rodí funkční materiály, rádi pracují s vizuálními daty a nebojí se experimentální práce.

    



12. Platina vs. zlato: proč se podobné kovy chovají odlišně (info: Yevheniia Lobko, Ph.D.)
    

    

    Zjisti, proč se platina a zlato – dva „sousedé“ v periodické tabulce – chovají v elektrokatalýze zcela odlišně, a vyzkoušej si to na vlastní kůži pomocí měření na rotující diskové elektrodě. Naučíš se pracovat s potenciostatem, připravovat elektrody a interpretovat reálná data, která odhalí, jak povrch materiálu řídí jeho katalytický výkon.


13. Příprava modelového systému CuWO_x (info: Prof. RNDr. Karel Mašek, Ph.D.)
    Modelové systémy slouží k základnímu výzkumu fyzikálně chemických vlastností pevných látek. Zde použijeme monokrystal mědi k vytvoření orientované vrstvy oxidu mědi na jeho povrchu. Na povrchu oxidu dále připravíme nanometrové ostrůvky wolframu za účelem vytvoření modelového katalyzátoru. Směsný oxid CuWO_x můžeme potom vytvořit například ohřátím celé struktury na vyšší teplotu. Strukturní a chemické vlastnosti budou zkoumány moderními metodami fyziky povrchů – elektronovou difrakcí (RHEED), fotoelektronovou spektroskopií (XPS) a pomocí mikroskopie atomárních sil (AFM).

    

    Obrázek vlevo: fotoelektronové spektrum W 4f Obrázek uprostřed: elektronový difraktogram RHEED Obrázek vpravo: interpretace difraktogramu uprostřed Kontakt: karel.masek@matfyz.cuni.cz