Studentská vědecká konference

Sulfidy přechodných kovů mají zajímavé elektrochemické vlastnosti a mohou najít využití jako katalyzátory pro elektrochemický rozklad vody nebo do palivových článků. Avšak jejich nevýhodou může být nižší elektrická vodivost. Toto lze zlepšit depozicí na vodivý substrát, jako je například grafen. Výhodou grafenu je jeho chemická stabilita nebo velký měrný povrch, ale absence zakázaného pásu a nízká absorpce záření limituje aplikační potenciál ve fotoelektrokatalýze. Pro tento účel by se jako substrát mohly využít jiné 2D nanomateriály např. karbidy přechodných kovů neboli MXeny. Nejvíce prozkoumány jsou kompozitní materiály grafenu s MoS₂ a WS₂. Ukazuje se však, že využití směsných chalkogenidů více kovů může vést k daleko lepším vlastnostem kompozitů. Tato práce navazuje na předchozí výzkum ve skupině a zabývá se přípravou kompozitních materiálů, které se skládají z vodivých substrátů, grafenu nebo MXenu (Ti₃C₂), na které byly deponovány směsné sulfidy obsahující Mn, Fe, Co, Ni, Cu a Zn. Tyto materiály byly charakterizovány z hlediska jejich složení, morfologie a následně i elektrochemických vlastností (rozklad vody a redukce O₂ a N₂).  

V této práci byly připraveny vzorky hořečnatých pojiv na bázi reaktivního oxidu hořečnatého (MOC) - referenčního MOC, MOC dopovaného grafenem a MOC s grafenem a simulanty mimozemských hornin tvořícími plnivo. Fázové složení připravených kompozitních materiálů bylo následně analyzováno rentgenovou difrakční analýzou, chemické složení bylo určeno rentgenovou fluorescenční analýzou a energiově disperzní spektroskopií. Mikrostruktura byla studována pomocí optického mikroskopu a skenovací elektronové mikroskopie. U všech vzorků byla též změřena pevnost v tlaku, pevnost v ohybu a Youngův modul pružnosti. Vysocepevný kompozit MOC/grafen by mohl najít uplatnění ve stavebním průmyslu, zatímco kompozity MOC/grafen se simulanty hornin by mohly v budoucnu sloužit jako základní stavební materiál na Měsíci a Marsu.

Od počátku 20. století, kdy E. Rutherford detekoval záření alfa pomocí stínítka se ZnS a položil tak základy jaderné fyzice, byla započata snaha vyvíjet nové scintilující materiály schopné detekovat ionizující záření. Při naší práci byly studovány scintilační vlastnosti dopovaného PbHfO₃, který byl zvolen pro jeho vysokou hustotu (10,2 g/cm³), vysoké efektivní atomové číslo, ale také pro nedostatek informací o jeho scintilačním chování. To má zřejmě původ v nesnadné přípravě oxidu, který má jednak vysokou t.t. a zároveň obsahuje PbO s vysokou tenzí par. V předešlé části výzkumu jsme zjistili, že dopování stronciem nemá téměř žádné výsledky, i přes to že SrHfO₃ je významným scintilárorem. Proto jsme přešli k dopování bismutem, kde je možno sledovat luminiscenci Bi³⁺ a zároveň zachovat těžkou matrici, a vápníkem, kde bylo snahou měnit šíři zakázaného pásu. Peroxo-precipitační metodou byly připraveny série Ca_(x)Pb_(1-x)HfO₃ a Bi_(x)Pb_(1-x)HfO₃. Zatímco vzorky obsahující Ca nevykazují téměř žádné scintilační vlastnosti, vzorky obsahující Bi v koncentracích x = 0,01 a 0,2 mají silné emisní maximum okolo 474 nm. Tyto vzorky jsou v současné době podrobněji opticky charakterizovány (měření fotoluminiscence a kinetiky obou luminiscenčních jevů) a budou připraveny další koncentrace dopantu.

Perovskity jsou skupinou materiálů s krystalovou strukturou založenou na struktuře minerálu perovskitu (CaTiO₃) mající buď kubickou nebo velmi blízkou distortovanou strukturu. Tyto materiály nabízí širokou škálu různých kombinací chemického složení a vlastností (např. ferroelektrické a piezoelektrické vlastnosti, supravodivost) pro různorodé uplatnění např. v elektronice, fotovoltaice atd. Perovskity lze připravit v různých formách např. reakcí v pevné fázi, CVD povlakováním nebo sol-gel metodou. Tyto metody z hlediska vysokých pracovních teplot nejsou ovšem vhodné pro přípravu multivrstevnatých materiálů s různou tepelnou stálostí. Tento problém lze vyřešit hydrotermální syntézou. Cílem této práce bylo vyzkoušet přípravu částic a tenkých vrstev BaTiO₃ hydrotermálním růstem, při kterém dochází ke krystalizaci látek z vodných roztoků při vysokých tlacích a nízkých teplotách. Jelikož tyto vrstvy budou kombinovány např. s nanodiamantovou strukturou, zaměřili jsme se na fázovou čistotu a krystalinitu bez dalšího vysokoteplotního zpracování.

Vysokoteplotní supravodivé disky na bázi směsného oxidu mědi YBCO jsou připravovány jako jednodoménové monokrystaly růstem z taveniny metodou TSMG (top-seeded melt growth). Tyto disky jsou následně podrobeny analýze supravodivých vlastností (levitační síla). Pokud jsou během této analýzy objeveny výraznější odchylky (například z důvodu růstu sekundárních zrn), je nutno tyto disky vyřadit. Cílem této práce je optimalizovat proces recyklace těchto defektních disků chemickou cestou a využít suroviny získané recyklací k úspěšné přípravě nových jednodoménových monokrystalů. YBCO disky a produkty recyklace byly detailně analyzovány pomocí rentgenové fluorescence (XRF) a rentgenové difrakce (XRD). Vyvinutí této metody a její uvedení do praxe zajistí uzavření výrobního cyklu supravodičů na bázi YBCO a vyřeší problém s ukládáním cenného, avšak nebezpečného odpadu.  

Tato práce byla zaměřena na přípravu a následnou analýzu kompozitních materiálů dopovaných uhlíkovými nanoaditivy (grafen, oxid grafenu, vícevrstvé uhlíkové nanotrubice). Jejich základem byla fáze 5 Sorelova cementu (MOC). Pro přípravu byl využit vysoce reaktivní oxid hořečnatý, který sloužil z části také jako plnivo. Celkem byly připraveny dva vzorky kompozitů kombinující grafen a uhlíkové nanotrubice, dva vzorky kombinující oxid grafenu a oxidované uhlíkové nanotrubice a jeden referenční vzorek čisté fáze 5 MOC. Po vytvrdnutí byly výsledné produkty podrobeny analýzám XRD, SEM, TEM, EDS a OM s jejichž pomocí bylo zkoumáno chemické a fázové složení a mikrostruktura. Byly také stanoveny mechanické vlastnosti připravených kompozitů.  

Směsné oxidy těžkých prvků jsou ve výzkumu stále žádanými materiály pro vývoj scintilátorů užívaných pro detekci tvrdého záření. Lu₂Hf₂O₇ patří zatím mezi méně prozkoumané, avšak slibné kandidáty pro další výzkum a využití díky vysokému efektivnímu protonovému číslu a vysoké materiálové hustotě. Cílem této práce byla příprava Lu₂Hf₂O₇ ve formě keramické preformy, která se využije při růstu monokrystalu metodou Optical Floating Zone (OFZ). Prekurzor byl připraven reakcí v pevné fázi s vícestupňovým žíháním a z něho byly následně izostaticky za studena vylisovány tyčky, které se poté slinovaly při teplotách 1500–1700 °C. Cílem bylo připravit fázově čistou kompaktní keramiku s maximální objemovou hustotou. Fázové složení bylo analyzováno za pomocí metody XRD a stechiometrie ověřena pomocí XRF. Mikrostruktura byla pozorována pomocí SEM. Stejným postupem pak bude připraven materiál dopovaný Ce³⁺ na němž budou zkoumány již i optické a scintilační vlastnosti.