Studentská vědecká konference

Vzhledem k antropogennímu původu teplotních změn zemského klimatického systému likvidace průmyslových perfluorovaných sloučenin (PFCs) je stále aktuálním technologickým problémem. Jedno z nejefektivnějších řešení, které bylo vyvinuto v posledních dvou letech, spočívá v interakci fluorovaných látek s různými druhy plazmatu. V rámci experimentů v nethermálním plazmatu byl podroben rozkladu vysoce chemicky stabilní skleníkový plyn tetrafluormethan CF₄. Zdrojem nethermálního plazmatu sloužil klouzavý elektrický výboj mezi titanovými elektrodami, vytvářejícími segmentový oblouk ve vybíjecím kanálu. Pokusy s rozkladem plynu byly provedeny na dvou aparaturách s různými úhly sklonu elektrod. Všechny vzorky plynových směsí byly analyzovány pomocí IR spektroskopie. Cílem této práce je stanovení základních rozkladných produktů PFCs, popřípadě možných produktů chemického kontaktu fluorovaných látek se součástkami aparatury.  

Průmyslovou výrobou organických sloučenin, zejména barviv, léčiv, detergentů a pesticidů, dochází ke znečištění pitné a užitkové vody organickými polutanty. Tyto látky mají i při nízkých koncentracích nepříznivý vliv na lidský organismus a životní prostředí. Jedním ze způsobů odstranění těchto polutantů je fotokatalytický rozklad za přítomnosti nanočástic oxidu titaničitého. Tento proces je neselektivní a vede k rozkladu organických sloučenin až na anorganické látky jako oxid uhličitý, oxid siřičitý, voda aj. Černý fosfor tento proces podporuje. Cílem práce je příprava kompozitních materiálů z oxidu titaničitého a černého fosforu o různých poměrech výchozích surovin a posouzení jejich schopnosti rozložit methyloranž.  

Od roku 2004, kdy byl poprvé získán grafen, se začal rozvíjet výzkum v oblasti 2D materiálů. Jedním z anorganických analogů grafenu je germanen, který nemá svoji 3D alotropickou modifikaci na rozdíl od grafenu. Jako výchozí materiál pro přípravu germanenu můžeme použít tzv. Zintlových fází, což jsou vrstevnaté germanidy (např. CaGe₂). Selektivním leptáním kovů z  těchto fází se dají připravit vrstvy modifikovaného germananu avšak jen s omezenou laterální velikostí. Pokud chceme připravit větší vrstvu germanenu, můžeme použít epitaxy z molekulárních svazků, což je přístrojově náročná a drahá metoda. Alternativní možností může být elektrochemická depozice na vhodný substrát. Cílem této práce je elektrochemicky deponovat vrstvu germanenu na různé substráty. K depozici se používal vodný roztok GeO₂. U depozice byl studován její mechanismus a připravené vrstvy byly charakterizovány z hlediska morfologie a dále z hlediska chemického složení.   

Křemíkové nanomateriály mají oproti křemíkovým makrostrukturám unikátní vlastnosti, které z nich dělají perspektivního kandidáta pro vývoj biokompatibilních, netoxických, polovodivých a biodegradabilních materiálů. Aplikovat křemíkové nanočástice lze v mnoha oblastech, například ve farmacii jako biomarkery díky jejich výrazné fotoluminiscenci, nebo jako aktivní materiál v LED pro umělá osvětlení věrně napodobující přirozené sluneční světlo, kde můžeme využít snadno modulovatelné vlnové délky, úzkého emisního spektra a vysokého kvantového výtěžku zmíněných nanočástic. Tato práce se zabývá hydrolytickou syntézou polyhedrálního oligomerního silsesquioxanu (POSS) v kyselém prostředí z halogensilanů. POSS je primární surovinou pro získání porézní 3D matrice oxidu křemičitého s křemíkovými nanočásticemi o definované velikosti a tvaru. Dále se také zaměřuje na optimalizaci metody získávání křemíkových nanočástic z matrice oxidu křemičitého. Připravené nanočástice byly charakterizovány v matrici i samostatně pomocí fotoluminiscence, Ramanovy spektroskopie, infračervené spektroskopie, rentgenové fotoelektronové spektroskopie, skenovací elektronové mikroskopie a transmisní elektronové mikroskopie.  

Tématem této práce je syntéza výchozích MAX fází (vrstevnatých karbidů) pro následnou přípravu MXenů. MXeny jsou karbidy, nitridy nebo karbonitridy přechodných kovů s 2D strukturou, které vycházejí z MAX fází. Vyznačují se unikátními elektrickými a elektrokatalytickými vlastnostmi, díky kterým mají široký aplikační potenciál. Vyrábí se exfoliací vrstevnatých karbidů, které jsou syntetizovány vysokoteplotní reakcí z prvků. V této práci budou prezentovány metody optimalizace syntéz karbidových MAX fází s různými přechodnými kovy v odlišných stechiometrických poměrech, jmenovitě pak M2AX, M3AX2 a M4AX3. Produkty syntézy jsou charakterizovány rentgenovou difrakcí pro získání fázového složení a zastoupení jednotlivých fází a elektronovým mikroskopem s mikrosondou pro studium morfologie, prvkového složení a jejich prostorového rozlišení. Práce bude dále obsahovat přípravu MXenů z výchozích MAX fází. Produkty přípravy budou charakterizovány mikroskopií atomárních sil, fotoelektronovou mikroskopií a skenovací a transmisní elektronovou mikroskopií. 

Nanočástice oxidu ceričitého jsou známy pro své katalytické vlastnosti, které mají mimojiné velký potenciál pro čištění vody od organických polutantů. Velkým problémem aplikace veškerých nanočástic je ovšem nutnost zamezit jejich úniku do životního prostředí. V tomto příspěvku byly proto studovány metody imobilizace nanočástic oxidu ceričitého, zejména pak tvorba porézní matrice oxidu křemičitého. Vzniklé kompozity byly dále charakterizovány vybranými metodami a testovány pro svoji katalytickou aktivitu.

Pojivové materiály na bázi hořčíku jsou alternativní surovinou k Portlandskému cementu ve stavebním průmyslu. Potenciál těchto látek se skrývá v jejich jedinečných vlastnostech. V tomto příspěvku jsou studovány vlastnosti Sorelova cementu, konkrétně jeho formy MOC-318, z hlediska fázového a chemického složení, tepelných vlastností a kinetiky jeho vzniku. Připravené vzorky byly analyzovány pomocí rentgenové difrakční a rentgenové fluorescenční analýzy, simultánní termické analýzy s hmotnostním spektrometrem, skenovací elektronové mikroskopie a energiově disperzní analýzy. Pomocí termické analýzy byl popsán mechanismus rozkladu této látky, který byl dosud v literatuře chybně interpretován.

Po objevení grafenu, jemuž se díky jeho unikátním vlastnostem dostalo obrovské popularity, se vědecká společnost rozhodla ubírat směrem k dalším 2D materiálů, jejichž optické, katalytické a transportní vlastnosti zaručují aplikace v širokém měřítku. A to i směrem k pinktogenům, jenž mohou svými vlastnostmi nabídnout opět něco nového oproti grafenu či chalkogenidům přechodných kovů. Obrovskou výhodou těchto materiálů je jejich snadná exfoliace díky vrstevnaté 3D struktuře, která obsahuje slabší vazby mezi vrstvami než ve vrstvách samotných. Tato vědecká práce se zaměřuje na výzkum a optimalizaci procesu interkalace a exfoliace Černého fosforu. V práci jsou popsány vybrané postupy metody interkalace a exfoliace Černého fosforu a možnosti jeho aplikace. Následně je pak každý postup přípravy exfoliovaného Černého fosforu charakterizován metodami XPS, SEM a Ramanovo spektroskopií z důvodu určení účinnosti daného procesu a finálního složení materiálu. Výsledný materiál je pak díky svým elektrochemickým vlastnostem aplikován převážně v elektrochemii.  

Tématem této práce je příprava, optimalizace a charakterizace supravodivých keramických kompozitů založených na matrici směsného oxidu mědi YBCO. Tyto materiály jsou průmyslově nejvíce vyráběné vysokoteplotní supravodiče a studium jejich vlastností pro použití v reálných aplikacích je hlavní motivací této práce. Byly připraveny různá umělá pinningová centra, především se zaměřením na jejich velikost. Byly studovány různé metody přípravy kompozitů i jejich následné úpravy po růstu z taveniny metodou TSMG. Prekurzory i výsledné supravodivé kompozity byly důkladně analyzovány širokým spektrem analytických metod. Pro analýzu tvaru a velkosti částic byla použita skenovací elektronová mikroskopie, transmisní elektronová mikroskopie a laserová difrakce. Chemické složení bylo studováno pomocí rentgenové fluorescence a energiově disperzní spektroskopie, zatímco fázové složení bylo analyzováno pomocí rentgenové difrakce . Mřížové parametry byly upřesněny Rietveldovou metodou. Fyzikální a termické vlastnosti byly analyzovány pomocí simultánní termické analýzy a PPMS. V neposlední řadě byly změřeny supravodivé charakteristiky kompozitů: jejich levitační síla a zachycené magnetické pole. Výsledky výzkumu najdou široké uplatnění v aplikacích vysokoteplotní supravodivé keramiky.

Kompozitní materiály na bázi oxidů grafenu se v dnešní době využívají k separaci plynů, anti-korozní povrchové ochraně různých kovů nebo k odsolování vodných roztoků. V této práci byly připraveny kompozity na bázi Al₂O₃ a oxidů grafenu - v podobě filtrů mohou sloužit k filtraci oceli od různých nečistot (inkluze), či k dekontaminaci vod od iontů těžkých kovů. V bulkových materiálech mohou zvýšit pevnost a odolnost vůči prudkým tepelným změnám. Připravený oxid grafenu byl syntetizován modifikovanou Tourovou metodou a charakterizován pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie, Ramanovy spektroskopie, elementární spalovací analýzy, simultánní termické analýzy s hmotnostním spektrometrem, rentgenové difrakce, skenovací elektronové mikroskopie s elektronovým disperzním analyzátorem. U připravených kompozitů byla testována jejich smáčivost a mechanické vlastnosti jako porozita, pravá hustota, chování při tepelných šocích, Youngův modul pružnosti a pevnost v tlaku. Výsledky by mohly přinést inovativní způsoby čištění oceli, nové kompozitní žáruvzdorné materiály či novou generaci filtrů k dekontaminaci odpadních vod.