Studentská vědecká konference

Po objevení grafenu v roce 2004 přišel rozmach ve výzkumu vrstevnatých materiálů. Strukturně se jedná o jednotlivé vrstvy propojené van der Waalsovými interakcemi. V rámci jedné vrstvy jsou atomy spojeny mnohem silnější kovalentní vazbou. Toto může vést k velké anizotropii vlastností, jako je například šíře zakázaného pásu či elektrochemické vlastnosti. Materiály mohou najít uplatnění v elektrochemickém průmyslu, jde například o elektrokatalyzátory pro vývoj vodíku, kyslíku nebo redukci dusíku. Mohou nabízet alternativu k drahým kovům. Jedná se však o málo probádané materiály, což je ale hnací silou dalších výzkumů. Tato práce se zabývá exfoliací a aplikací ternárních chalkogenidů thalia se sumárním vzorcem TlMCh2 (M = Ga/In, Ch = S/Se/Te). Materiály byly exfoliovány ultrazvukem a pomocí střižných sil. Velikost exfoliovaných částic byla zjištěna pomocí metod dynamického rozptylu světla (DLS) a mikroskopie atomárních sil (AFM). Dále byly strukturní vlastnosti zkoumány mimo jiné Ramanovou spektroskopií a rentgenovou práškovou difrakcí (XRD). Zkoumání elektrochemických vlastností těchto materiálů bylo zaměřeno na jejich inherentní elektrochemickou stabilitu a heterogenní přenos elektronů, pak na katalýzu pro redukci vodíku a kyslíku, a fotokatalýzu.  

Vlastnosti optických materiálů ovlivňují vedle složení matrice materiálu a opticky aktivních dopantů také defekty struktury, které mohou snižovat optický výkon. Mezi aplikace, kde je důležité nesnižovat výkon optických členů ztrátami na defektech, patří laserová technika a fotonika. V těchto oblastech se využívají např. europiem dopovaný yttrito-hlinitý granát (YAG) a telluritová skla. Dopovaný YAG je atraktivním materiálem v oblastech, kde se využívá luminiscence. YAG:Eu³⁺ je znám emisí červeného světla, ale nedávno byla pozorována i účinná a stabilní fotoluminiscence Eu²⁺. Telluritová skla se vyznačují dobrou tepelnou a mechanickou stabilitou a vysokou chemickou odolností. Velkou výhodu přináší možnost optimalizace jejich vlastností díky širokému rozsahu sklotvorby mezi binárními a ternárními skly. Kombinací těchto materiálů lze potenciálně dosáhnout produkce levné sklokeramiky s vysokým světelným výtěžkem. Cílem práce bylo porozumět faktorům ovlivňujícím optický výkon zmíněných materiálů. Bylo použito elektronové paramagnetické rezonance v korelaci s termálně stimulovanou luminiscencí a radioluminiscencí. Studována byla tvorba defektů v YAG:Eu a ve skle o složení TeO₂-BaO-ZnO. Byly odhaleny nabité kyslíkové vakance a defekty typu O^-, které byly charakterizovány.

Supravodivé materiály můžeme ve dnešním světě aplikovat v řadě oblastí. Jejich unikátních vlastností lze využít například ve vysokorychlostní dopravě, či při konstrukci vysokootáčkových ložisek nebo silných zdrojů magnetického pole. Keramické systémy REBCO (směsné oxidy vzácného kovu, barya a mědi; kde RE = Y, Eu, Gd…) patří do skupiny vysokoteplotních supravodičů. Kvůli náročnosti procesu výroby těchto materiálů vzniká při jejich produkci množství defektních kusů. Z důvodu významného rozšiřování jejich výroby a vysoké ceny těchto materiálů je třeba najít řešení, které umožní recyklaci REBCO materiálů v průmyslovém měřítku. V této práci byla vyvinuta univerzální metoda, která umožňuje REBCO materiály recyklovat. Cílem této práce bylo optimalizovat proces recyklace REBCO materiálů, zvýšit kapacitu tohoto procesu, využít produkty recyklace pro výrobu druhé generace REBCO disků a prozkoumat možnosti recyklace stříbra, které se přidává do GdBCO a EuBCO. Scale-up byl otestován v novém 5 l reaktoru, optimalizací byla snížena spotřeba chemikálií o 20 % oproti předchozím pokusům. Stříbro bylo selektivně vysráženo ve formě AgCl. Tato práce potvrzuje univerzalitu vyvinutého procesu recyklace REBCO materiálů a její závěry jsou stěžejní pro budoucí průmyslové aplikace této metody recyklace.  

Monoelementární vrstevnaté materiály za grafenem se dostávají do popředí zájmu díky snadnější modifikaci, která může výrazně ovlivnit jejich vlastnosti, např. katalytické vlastnosti nebo šířku zakázaného pásu. Tato práce je zaměřena na přípravu germananů s alkylovou skupinou zakončenou OH, COOR a CN skupinou. U těchto materiálů byla dále testována jejich schopnost tvorby komplexů s ionty přechodných kovů, které by v budoucnu mohly sloužit jako katalyzátory reakcí nebo součásti baterií. Nedílnou součástí této práce je charakterizace připravených látek pomocí infračervené a Ramanovy spektroskopie a dalších metod.

Vrstevnaté materiály se mohou vykazovat unikátními fyzikálními, tepelnými a chemickými vlastnostmi, diky nimž mohou najít uplatnění v různých aplikacích jako jsou senzory, baterie, solární články či tranzistory. Exfoliace těchto vrstevnatých materiálů vede ke změně jejich vlastností, např. zvýšení měrného povrchu, změna zakázaného pásu, vodivosti nebo magnetických vlasností. Exfoliace se nejčastěji dělá pomocí chemických a mechanických metod. Chemické metody většinou využívají interkalace alkalických kovů, které vyžadují inertní atmosféru. U mechanickým metod často dochází ke strukturním defektům. Z těchto důvodů je vhodné hledat metody, které jsou efektivnější, šetrnější a také bezpečnější. Elektrochemická exfoliace představuje jednoduchou a levnou metodou, která nevyžaduje použití nebezpečných látek pro přípravu exfoliovaného materiálu. Předmětem této práce je studium mechanismu elektrochemické interkalace a vliv ruzných parametrů, jako je např. typ rozpouštědla, interkalovaného ionty, aplikovaného napětí na vlasnosti efoliovaného materiálu.  

Nowadays transistors are present in almost in all electronic devices. This provides stable processes, high working speed and lower power consumption. For its future improvements, various enhancements are required, including shift in basic materials. In this work, novel dielectric materials based on Lanthanum oxide-bromide was synthesized for use in field effect transistors (FET) based on 2D materials. This material was predicted by density functional theory to possess high–κ values and layered structure, which allows it to be stacked with 2D channel materials. Using a mechanical exfoliation we prepared thin layers of hBN and LaOBr and placed them on top of gold electrodes and used them as top gates to control the channel based on multilayered graphene. Final contacting was achieved by electron beam lithography. The stack was characterized by atomic force microscopy, optical microscopy and the device was characterized in terms of its electronic properties. Our results show that the LaOBr exhibits better properties compared to the hBN, which could potentially play a crucial role in new generation of dielectric materials in FETs.

High temperature superconductors caught wide attention among researchers, not only as the materials having transition temperatures as high as 135 K but also for it’s unique transport properties and ability to trap magnetic field. Although EuBCO is a well known high temperature superconductor whose critical current density and trapped magnetic field can be significantly influenced by adding a pinning (non-superconducting) phase to the primary (superconducting) phase. In this work, we synthesized  pinning phase,EuBCMO-2411 (Eu₂Ba₄CuMO_x where, M= W, Ce, Zr and Mn) via conventional solid-state reaction. There-after, these obtained phases will be characterized and used to prepare the superconducting EuBCO crystals. Finally, the important superconducting properties of the synthesized materials will be determined and compared to a reference EuBCO crystal.  

Cílem práce je návrh a příprava skla s luminiscenčními vlastnostmi umožňujícími spektrální posun UV-VIS slunečního záření do červené oblasti za účelem podpory růstu jednobuněčných řas. V předchozím výzkumu byla zkoumána boritá nebo borito-křemičitanová skla kodopovaná ionty Ce3+ a Mn2+ za účelem nalezení kompromisu mezi luminiscenčními vlastnostmi a chemickou odolností skel. Jedním z klíčových parametrů, který ovlivňuje redoxní rovnováhu dopovaných iontů a výslednou luminiscenci, je optická bazicita (Λ).V systému skel Na2O–MO–B2O3–Al2O2–SiO2 dopovaných Ce a Mn byl studován vliv koncentrace Mn a obsahu různých modifikátorů skelné sítě MgO, CaO a BaO na optickou bazicitu skel a luminiscenční vlastnosti. Optická bazicita (Λ) použitých matric byla počítána z příspěvků jednotlivých oxidů ve skle, následně byla porovnána s Λ získanou experimentálně přes Lorentz-Lorenzův vztah a Duffyho korelaci, s použitím indexu lomu a hustoty skla. Index lomu byl zjištěn m-line spektroskopií, hustota pyknometricky. Dále byla měřena absorpční spektra v UV-VIS oblasti; fluorescenční spektra byla změřena pro široké rozsahy excitačních a emisních vlnových délek, a následně přesněji pro vybrané vlnové délky. Byla diskutována závislost mezi složením, Λ a luminiscencí skel.

V této práci je věnována pozornost využití hydrolyzátů a precipitátů ceru a titanu pro účely odstranění vybraných enviromentálních polutantů z životního prostředí. Připravené nanočástice byly charakterizovány pomocí rentgenové difrakce. Jako polutanty byly vybrány zástupci ze třídy steroidních hormonů, antibiotik a pesticidů. Roztoky jednotlivých látek byly přidány k hydratovaným nanočásticím a následně bylo porovnáno UV spektrum kontrolního roztoku a suspenze s nanočásticemi. Dále bude zkoumána možná adsorpce nebo katalytický rozklad polutantů vlivem hydrolyzátů pomocí dalších metod.