Studentská vědecká konference

Oxid hafničitý je podobně jako oxid zirkoničitý aplikovatelný v mnoha oblastech. Zejména po stabilizaci kubické struktury se jejich použití ještě rozšiřuje. Hafnium jako těžký prvek je navíc vhodný pro detekci vysokoenergetického záření. Pro tyto účely se většinou používá právě ve formě oxidů. Oxid hafničitý má monoklinickou strukturu a vysokou teplotu tání, což ztěžuje jeho přípravu ve formě monokrystalů. Předmětem naší práce je stabilizovat kubickou krystalovou mřížku HfO2 dopováním Y2O3. Jelikož se nutné množství použitého yttria mění v závislosti na použité metodě přípravy, byly připraveny vzorky s různým zastoupením Y2O3. Část vzorků jsme se též rozhodli dopovat Ce3+, který je využitelný při detekci vysokoenergetického záření (má rychlý dosvit luminiscence ve viditelné části spektra). Byly připraveny vzorky ve formě polykrystalických preforem reakcí v pevné fázi několikanásobným žíháním. Byla sledována krystalová struktura v závislosti na obsahu yttria a také mikrostruktura pomocí SEM. V současnosti jsou vzorky zkoumány pomocí luminiscenčních měření. Tyto keramické preformy budou použity pro výrobu monokrystalů pomocí metody OFZ.

Supravodiče jsou materiály s velkým potencionálním využitím kvůli jejich unikátním vlastnostem, jako je levitační síla a schopnost zachycení magnetického pole. Tyto vlastnosti lze zlepšit pomocí přidání pinningové (nesupravodivé) fáze do supravodivého krystalu. Selekce vhodné pinningové fáze je jeden z klíčových faktorů při přípravě supravodivých krystalů. Cílem práce je příprava pinningových fází Gd-2411-M (Gd₂Ba₄CMO_x, kde M = Sm, Cr, W, V) pomocí reakce v pevné fázi. Tyto fáze budou poté charakterizovány a použity pro přípravu supravodivých krystalů GdBCO. Klíčové supravodivé vlastnosti budou poté studovány a porovnány s referenčním GdBCO krystalem.  

Granáty jsou oxidové materiály, které lze popsat vzorcem A₃B₂C₃O₁₂, kde A jsou kationty s osmi-, B šesti- a C čtyřčetnou koordinací. Vlastnosti granátových materiálů je předurčují k využití v optice. Jsou navíc vhodnou matricí pro řadu dopantů, vytvářejíc tak perspektivní materiály (Nd:YAG lasery, Pr:LuAG fotodiody).   Gadolinito-hlinito-gallitý granát dopovaný cerem (Ce:GGAG) patří k nejvyspělejším scintilátorům. Jeho objemové monokrystaly jsou komerčně vyráběny Czochralského metodou. Růst monokrystalů ovšem provází řada úskalí. Řešením může být příprava Ce:GGAG ve formě tenkých vrstev. Tyto se řadí mezi 2D nanomateriály, jejich vlastnosti jsou tedy funkcí jejich rozměrů. Po nanesení na vhodný substrát vzniká kompozit, jehož chování lze ovlivnit tloušťkou nanášené vrstvy.   Tato práce se zabývá přípravou tenkých vrstev GGAG o různé míře dopování cerem s případným kodopováním hořčíkem metodou sol-gel. Realizovaná složení Ce:GGAG by byla jen velice obtížně připravená technologiemi růstu monokrystalů, připravené látky tedy umožňují studovat tento materiál v širším intervalu složení. Fázová čistota vzorků byla sledována rentgenovou difrakcí. Momentálně probíhá studium luminiscence připravených materiálů pro identifikaci optimálního složení a pro určení trendů v jejich optickém chování.

Vysokoteplotní supravodivé materiály na bázi směsných oxidů mědi se nejčastěji připravují postupem opakované kalcinace výchozích surovin. Ve formě krystalů se následně připraví z prekurzorového prášku metodou infiltračního růstu TSIG (top-seeded infiltration growth) či růstu z taveniny TSMG (top-seeded melt growth). Základními rozdíly mezi těmito postupy je nejen časová náročnost, ale i fázové a chemické složení, které úzce souvisí s materiálovými vlastnostmi. Nejdříve byly připraveny referenční vzorky vysokoteplotních supravodivých materiálů na bázi směsných oxidů mědi YBCO, EuBCO a GdBCO. S těmito vzorky budou následně srovnány materiály připravené metodou TSIG. Připravené vzorky budou studovány pomocí rentgenové difrakce (XRD), rentgenové fluorescence (XRF), laserové difrakce (LD), elektronově disperzního spektrometru (EDS) a skenovacího elektronového mikroskopu (SEM). Výsledky výzkumu by měly přispět k optimalizaci přípravy vysokoteplotních supravodičů a zvýšení dostupnosti těchto materiálů pro komerční využití.

Denzní keramika představuje novou generaci optických materiálů; při dostatečně kvalitní mikrostruktuře u ní lze dosáhnout translucence až transparentnosti pro viditelné záření. Ke slinování takového materiálu je možné použít proces Spark plasma sintering (SPS), pro nějž jsou nejvhodnější fáze s kubickou strukturou. Transparentní denzní keramika pak může posloužit jako matrice pro dopování různými ionty a v budoucnu by mohla najít uplatnění např. jako aktivní materiál pevnolátkových laserů a scintilátorů. Její výhoda oproti pěstování monokrystalů spočívá v jednodušší přípravě a modifikaci vstupních surovin. Mezi nadějné materiály pro průmyslově využívanou denzní keramiku patří i LiAl₅O₈, který lze připravit z LiAc a Al(NO₃)₃ metodou sol-gel, ko-precipitací či reakčním slinováním. Cílem této práce je příprava a charakterizace nedopovaných keramických tablet fáze LiAl₅O₈ metodou SPS a optimalizace procesu přípravy pro dosažení nejlepších možných výsledků, tj. co nejvyšší transmitance a zamezení praskání tablet.                 

Příprava MAX fáze Mo₂TiAlC₂ a MXenu Mo₂TiC₂ pro katalytický vývoj vodíku MAX fáze jsou vrstevnaté krystalické materiály obsahující vrstvy karbidů nebo nitridů přechodných kovů ze začátku d bloku spojených atomy kovů z p bloku. Obecnou strukturu MAX fází lze vyjádřit M_n+1AX_n. M představuje přechodný kov ze skupiny 4 až 6. A zastupuje p kov a X je uhlík nebo dusík. MXeny jsou 2D materiály vzniklé exfoliací jednotlivých M_n+1X vrstev odstraněním atomů p kovu pomocí selektivního leptání. Vývoj vodíku (HER) v kyselém prostředí je reakce probíhající na katodě při elektrolýze vody. 2H⁺ + 2e^- ↔ H₂ Tato práce se zabývá přípravou MAX fáze Mo₂TiAlC₂ z prvků, karbidů prvků a hydridů prvků za různých teplot a následným zpracováním na MXene. Mo₂TiAlC₂ bylo připraveno ve stechiometrickém poměru Mo:Ti:Al:C 2:1:1.1:2. Výpal probíhal při teplotách 1500, 1550 a 1600 °C v bezkyslíkové atmosféře. Exfoliace byla provedena pomocí kyseliny fluorovodíkové. Fázové složení bylo určeno pomocí rentgenové difraktometrie a elektronové mikroskopie. Přepětí a proudová hustota byly změřeny nanesením připravených vzorků na elektrodu ze skleněného uhlíku. Bylo zjištěno, že po exfoliaci je materiál pro HER vhodnější. Nejpříznivější výsledky byly zaznamenány u vzorků vypálených na 1550 °C.

Cílem této práce byla příprava a analýza kompozitních materiálů pro náhradu Portlandského cementu. Byl zkoumán vliv 1D a 2D uhlíkových nanomateriálů na hořečnatý cement MOC (magnesium oxychloride cement). Pro přípravu byl použit kaustický MgO, MgCl₂, voda a grafen, oxid grafenu, uhlíkové nanotrubice, a oxidované uhlíkové nanotrubice. Po 28 dnech byly vzorky analyzovány rentgenovou difrakční analýzou, skenovací a transmisní elektronovou mikroskopií, energiově disperzní spektroskopií a optickou mikroskopií. Dále byla testována jejich pevnost v ohybu a v tlaku, Youngův modul pružnosti a odolnost vůči vodě. Nejdříve byly připraveny vzorky obsahující jednotlivé typy nanoaditiv. Každý nanomateriál ovlivnil konkrétní vlastnost v závislosti na svém charakteru. Grafen zvýšil pevnost v tlaku, oxid grafenu zvýšil pevnost v ohybu a uhlíkové nanotrubice zvýšily odolnost vůči vodě. Dále byly připraveny vzorky kodopovaných materiálů, ve kterých byly využity 1D a 2D nanomateriály společně. Jejich kombinovaný efekt pomohl vylepšit více materiálových vlastností najednou. Na závěr byl proveden experiment s využitím taninu v kodopovaných kompozitech jako surfaktantu. Tyto vzorky vykazovaly 21,8% zlepšení v pevnosti v tlaku, 9,7% zlepšení v pevnosti v ohybu a 59,3% zlepšení v odolnosti vůči vodě.

Germanan patří mezi 2D materiály 14. skupiny a je analogický grafanu. Jedná se o perspektivní materiály pro použití v oblasti elektroniky, katalýzy, optiky a řadě dalších odvětvích. Jednou z mnoha výhod je široká škála možných modifikací vedoucí k dalšímu zlepšování jejich unikátních vlastností. První část této práce spočívala v syntéze CaGe₂ a jeho následné chemické exfoliaci za vzniku germananu (GeH). V dalším kroku byla modifikována Ge-H vazba bromoalkoholy Br-(CH₂)_n-OH (n = 2–⁠7) za vzniku hydroxypropylgermananů, které byly analyticky charakterizovány. Stěžejní část práce spočívala v přípravě anodických materiálů z modifikovaných germananů a jejich následné testování v Li-ion akumulátorech.  

Na základě svých unikátních optických, tepelných a adsorpčních vlastností nachází oxidy grafenu (GO) využití v mnoha odvětvích, mezi které patří například stavebnictví, lékařství nebo ochrana přírody. Tato práce se zabývá schopností GO vázat kationty těžkých kovů, které jsou, pro své toxické účinky, ve vodě nežádoucí. Suspenze GO byla připravena Tourovou metodou. Část GO byla vysušena, a následně charakterizována pomocí rentgenové difrakční analýzy, rentgenové fluorescence, simultánní termické analýzy a Ramanovy spektroskopie. Zbývající suspenze GO byla následně využita pro povlakování keramických filtrů z Al₂O₃ nebo z ytriem stabilizované zirkonie (YSZ). Pro povlakování filtrů byly využity dvě různé metody. Prvním postupem byl dip-coating, při němž byl filtr ponořen do suspenze GO, a následně vysušen. Druhou metodou je jeho upravená verze, při níž jsou keramické matrice nejprve ponořeny do roztoku ethanolu s (3-Glycidyloxypropyl)trimethoxysilanem (GLYMO) za zvýšené teploty, a následně povlakovány suspenzí GO. Podle dosavadních publikovaných studií se předpokládá, že GLYMO bude mít pozitivní účinek na vazbu GO na matrici. Pokračováním tohoto experimentu bude zkoumání adsorpčních schopností GO ve vodných roztocích obsahujících ionty těžkých kovů.