Katedra fyziky povrchů a plazmatu

Nabídka témat studentských projektů ve šk. roce 2021/2022

zobrazit předchozí rok (2020/2021), další rok (2022/2023)

POZOR! Neprohlížíte aktuálně vyhlášená témata.

Přihlášky na podzimní SFG je třeba podat do 15. listopadu 2021, na jarní SFG je třeba podat do 15. května 2022, na letní projekty KFPP se hlaste v červnu a v průběhu prázdnin 2022, ostatní projekty průběžně.

Proč zkusit projekt na KFPP?

• příležitost nezávazně si vyzkoušet vědu — projekty souvisí s aktuálním výzkumem
• rozsah je typicky 14 dní v létě (letní projekty) nebo během semestru (např. 1 odpoledne týdně) pro ostatní projekty
• zajímavé a zpracovatelné téma — všechno potřebné vás naučíme
• možnost navázání — z projektu může být základ bakalářky
• finanční odměna v podobě stipendia — může to být příjemná letní brigáda
• chcete u nás dělat projekt, ale z nabídky projektů vás nic nezaujalo? Napište J. Pavlů a něco spolu vymyslíme...

Letní projekty KFPP

Detaily:

Simulace termodesorpčních spekter (info: RNDr. Viktor Johánek, Ph.D.)

Teplotně desorpční spektroskopie (TPD) slouží primárně ke studiu vazeb mezi povrchem pevné látky a adsorbátem. Ve skupině fyziky povrchů tuto metodu úspěšně využíváme v kombinaci s dalšími metodami analýzy struktury a chemického složení (např. XPS, STM, SEM, LEED, RHEED) k charakterizaci vzorků se zajímavými vlastnostmi např. z hlediska katalýzy, elektrokatalýzy nebo elektronické struktury.

V TPD spektru je obsažena řada velmi užitečných informací, např. povrchová koncentrace (pokrytí) adsorbátu, energie vazeb a jejich závislost na pokrytí, řád desorpce, kinetika případných povrchových procesů atd. Ty je možné získat pomocí numerické mikrokinetické simulace, kdy jsou simulovaná spektra automaticky porovnávána se změřenými.

Úkolem bude na základě dostupné literatury vytvořit software k numerické analýze TPD spekter a aplikovat ho na reálná data získaná v rámci experimentů naší skupiny.

Literatura:

• [1] F.A. White and G.M. Wood, Mass Spectroscopy, Applications and Engineering, John Wiley & Sons (1986)
• [2] Ch. Wang et al.: Microkinetic Simulation of Temperature-Programmed Desorption, J. Phys. Chem. C 117 (2013) 6136−6142

Nanokatalyzátor naruby (info: RNDr. Viktor Johánek, Ph.D.)

Jednou z méně tradičních strategií v oblasti nanostrukturních katalyzátorů je tzv. inverzní uspořádání, kdy jsou spojitá vrstva kovu resp. kovové nanočástice částečně překryty vhodným reducibilním oxidem. Takové materiály jsou mnohdy účinnější a odolnější než běžné systémy s dispergovaným kovem neseným na vrstvě oxidu. Cílem projektu bude studium interakce mezi oběma složkami v reakčních podmínkách s využitím povrchových spektroskopických (XPS, QMS), mikroskopických (STM, příp. SEM) a difrakčních (LEED) metod. Na předchozí výsledky získané na systémech CeO2/Pt [1] a CeOx/Cu [2] bychom navázali studiem inverzních katalyzátorů obsahujících oxidy kobaltu, případně směsné oxidy kobaltu a ceru.

Práce bude probíhat ve skupině fyziky povrchů KFPP. Projekt je zaměřen experimentálně, kombinuje fyzikální metody se znalostmi fyziky a chemie. Na tento projekt lze navázat bakalářskou, případně později i diplomovou prací.

Literatura:

• [1] Ostroverkh A. et al., Langmuir 32(25) (2016) 6297-6309
• [2] A. Tovt et al., Appl. Surf. Sci., 465 (2019) 557–563
• [3] J. W. Niemantsverdriet, Spectroscopy in Catalysis: An Introduction, John Wiley & Sons (2000)

Kinetické Monte Carlo modely nanočástic v přítomnosti povrchových defektů (info: Doc. Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D.)

Katalyzátory pro energeticky významné chemické reakce mají často formu kovových nanočástic na povrchu oxidového nosiče. Rozhodující pro výkon katalyzátoru v konkrétní reakci je velikost nanočástic, která se v praxi kontroluje pomocí teplotních nebo chemických cyklů [1]. Ukazuje se, že klíčový vliv na velikost nanočástic má přítomnost morfologických defektů na povrchu oxidu.

V rámci projektu budeme studovat chování kinetického Monte Carlo modelu nukleace kovových nanočástic na substrátech, které obsahují bodové nebo lineární poruchy. Bodové nebo lineární poruchy substrátu ovlivňují povrchovou difuzi deponovaného kovu a následnou nukleaci nanočástic. Kinetické Monte Carlo modely nukleace jsou zavedeným nástrojem aplikovaným dosud převážně na idealizované substráty bez defektů. Navrhované zobecnění této techniky má potenciálně velkou důležitost pro porozumění nukleace a stability kovových nanočástic v reálných aplikacích.

Cíle projektu:

1. Seznámení se s metodou výpočtů Monte Carlo ve fyzice tenkých vrstev [2,3]
2. Seznámení se s Monte Carlo modelem nukleace v přítomnosti povrchových defektů
3. Studium vlastností simulovaných nanočástic – hustota, velikost, stabilita – v závislosti na vlastnostech povrchových defektů
4. Vyhodnocení a prezentace získaných dat

Práce bude probíhat ve skupině fyziky povrchů KFPP. Práce vyžaduje získání, zpracování a vizualizaci většího množství počítačových dat. Na projekt lze navázat bakalářskou prací.

Literatura:

• [1] M. Farnesi Camellone et al., “Adatom and Nanoparticle Dynamics on Single-Atom Catalyst Substrates,” ACS Catal., vol. 12, pp. 4859–4871, 2022, doi:10.1021/acscatal.2c00291”
• [2] M. E. J. Newman, G. T. Barkema. Monte Carlo methods in statistical physics (Clarendon Press, Oxford, 1999)
• [3] T. Michely, J. Krug, Islands, Mounds, and Atoms (Springer, Berlin, 2004)

Elektrochemická charakterizace povrchu perovskitů (info: Doc. Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D., Doc. Mgr. Martin Setvín, Ph.D.)

Ternární oxidy z rodiny perovskitů (ABO3) nacházejí široké uplatnění v technologických aplikacích včetně aplikací pro udržitelnou energetiku, ke kterým patří fotochemické a elektrochemické konverze energie z obnovitelných zdrojů. Perovskity v těchto aplikacích hrají roli katalyzátorů, požadované chemické reakce se tedy odehrávají na jejich povrchu. O katalytické aktivitě povrchu perovskitů rozhoduje chemické složení a morfologie povrchu na atomární úrovni, experimentální fyzika se tudíž snaží získat kombinovanou informaci z různých vysoce rozlišených povrchové fyzikálních experimentálních metod a z metod elektrochemických.

V rámci projektu budeme studovat elektrochemickou reaktivitu povrchu perovskitu SrTiO3 v alkalickém prostředí. Práce bude probíhat na experimentální aparatuře, která poskytuje atomárně rozlišenou informaci o povrchu pomocí rastrovací tunelové mikroskopie (STM), fotoelektronové spektroskopie (XPS) a elektronové difrakce (LEED) a zároveň umožňuje studovat elektrochemickou reaktivitu povrchů elektrochemickými analytickými metodami.

Cíle projektu:

1. Sestavení držáku vzorku pro vzorky SrTiO3
2. Zvládnutí procedury čištění povrchu SrTiO3 pro atomárně rozlišené experimenty
3. Studium vzorku SrTiO3 pomocí metod STM, XPS, LEED a elektrochemických metod
4. Vyhodnocení a prezentace získaných dat

Práce bude probíhat ve skupině fyziky povrchů KFPP. Práce je součásti víceletého výzkumného projektu ve fyzice povrchů zaměřeného na perovskity. Práce je zaměřena experimentálně, obsahuje kromě fyziky i základní chemii a určitě prověří vaši manuální zručnost. Na projekt lze navázat bakalářskou prací.

Jak přesné jsou magnetohydrodynamické modely v předvídání polohy rázové vlny & magnetopauzy (info: Doc. RNDr. František Němec, Ph.D.)
Země se svým magnetickým polem představuje efektivní překážku toku slunečního větru. Vzniká tak magnetopauza, tj. nejzazší hranice, kam se sluneční vítr dostává. S ohledem na jeho nadzvukovou rychlost pak vzniká ještě další hranice, kde je sluneční vítr skokově zpomalen a stává se podzvukovým (rázová vlna). Interakci slunečního větru se Zemí je možno globálně modelovat v tzv. magnetohydrodynamickém přiblížení. Náplní projektu je využít výstupy těchto globálních modelů a srovnat předpovězené polohy obou hranic s pozorovanými.

Vojenské vysílače a jejich efekt na ionosféru (info: Doc. RNDr. František Němec, Ph.D.)
Výkonné vojenské vysílače operující na frekvencích několika desítek kHz významně ovlivňují ionosféru v jejich okolí. Zdá se, že způsobené nehomogenity umožňují snadnější pronikání ostatních signálů, mimo jiné především těch generovaných bleskovými výboji během bouřek. Náplní projektu je využít data z družice s nízkou orbitou (700 km) pro ověření této hypotézy.

Může být poloha rázové vlny ovlivněna přítomností Měsíce a kde? (info: Prof. RNDr. Zdeněk Němeček, DrSc.)
Cílem projektu je pokusit se najít vliv přítomnosti Měsíce na změnu polohy rázové vlny Země. Dosavadní statistické studie založené na datech z mnoha družic se tímto problémem nikdy nezabývaly, protože četnost přítomnosti Měsíce před rázovou vlnou je poměrně nízká (pouze několik dnů z jeho 28 denní orbity, pokud se zabýváme denní stranou magnetosféry). A je rozdíl mezi denní a noční stranou?

Dopovaný oxid kobaltu jako plynový senzor (info: Doc. RNDr. Karel Mašek, Ph.D.)
Tenkovrstvé struktury oxidu kobaltu dopované platinou budou připravené metodou magnetronového naprašování. Tyto struktury budou testovány jako chemický senzor v testovací stanici za reálných podmínek (reakce na vodík). Složení a morfologie vrstev budou měřeny pomocí metod XPS (chemické složení) a SEM (elektronová mikroskopie).

Houba pro palivový článek (info: Mgr. Ivan Khalakhan, Ph.D.)
Vytvoř aktivní houbu a vyzkoušej, jak funguje ve vodíkovém palivovém článku. Základem Ti bude tenká vrstva bimetalu připravená magnetronovým naprašováním, kterou připravíš selektivním vymytím jednoho kovu.

Ako funguje elektrolyzér vody s protónovo vodivou membránou? (info: RNDr. Peter Kúš, Ph.D.)
Moderné vodíkové technológie nám klepú na dvere – už tento rok sa v Prahe otvorí prvá čerpacia stanica. Zelený vodík, ktorý nezanecháva uhlíkovú stopu, sa vyrába elektrochemicky rozkladom vody pomocou elektrolyzérov. Príď sa zoznámiť s týmto zariadením, zmeraj jeho charakteristiky a zisti aké parametre ovplyvňujú jeho účinnosť. Ak sa Ti to zapáči, môžeš sa u nás ako bakalár alebo diplomant zapojiť do výskumu nových nanoštrukturovaných katalyzátorov pre vodíkovú budúcnosť.