|
Chemistry and Technology of Materials
Doktorský program,
Fakulta chemické technologie
Doctoral study of Chemistry and Technology of Materials is a natural consequence of the long-time material research at UCT Prague. The study is based on the cutting-edge physical, chemical and engineering approaches to materials and material technology. Students develop their knowledge about materials; they find and comprehend deeper relationships among preparation and/or production of materials, structure and composition, and their properties. Inevitable part of the study are courses focused to deeper understanding of nature of materials, analytical methods, material characterization, and material technologies. UplatněníGraduates become not only leading experts in the field of material science and technology, but thanks to their experience in international teamwork they are predetermined to start their career in academic area, international research and technology corporations, innovative companies, and state government. Detaily programu
Vypsané disertační práce pro rok 2025/26Analýza procesu přeměny kmene na sklo
AnotaceHlavním cílem práce je analýza jednoho z kritických procesů při přeměně kmene, a to vývinem a kolapsem primární pěny na rozhraní kmen-tavenina. Primární pěna, která působí jako izolační vrstva zabraňující přenosu tepla do reagujícího kmene, je výsledkem mnoha různých reakcí uvolňujících plyny, které jsou zachyceny ve vrstvě primární taveniny na rozhraní kmene a skla. Bude studována morfologie pěny a chemické reakce uvolňující plyny. Nanokrystalické materiály pro pokročilou fotoniku
AnotaceAktivní optická vlákna jsou klíčovou součástkou vláknové lasery a distribuované luminiscenční senzory. S jejich rostoucím výkonem a jejich využití v extrémeních podmínkách, včetně jaderných reaktorů, vyžaduje nové materiály se zvýšenou luminiscenční účinností a teplotní stabilitou. Nanokrystalické materiály dopované prvky vzácných zemin jsou vhodnou alternativou k tradičním sklům a monokrystalům. Práce bude zaměřena na přípravu a charakterizaci transparentních nanokrystalických materiálů vycházejících ze systému Y2O3-Al2O3-SiO2 dopovaného prvky vzácných zemin. Bude studován vliv složení a podmínek přípravy na reakční a růstové mechanismy vzniku nanokrystalů rovnoměrně distribuovaných v amorfní matrici. Složení studovaného systému bude modifikováno za účelem snížení fononové energie nanokrystalů a zvýšení luminiscenční účinnosti v infračervené oblasti a pro konverzi vysokoenergetického záření. Bude vypracován teoretický model přenosu energie v iontech vzácných zemin a výsledky budou porovnány s experimentálními výsledky luminiscenčních měřeních. Vybrané materiály budou využity pro přípravu aktivních optických vláken, které budou využity pro přípravu vláknových laserů a distribuovaných scintilátorů. Nové skelné materiály pro vláknové lasery
AnotaceVláknové lasery jsou předmětem intenzivního výzkumu díky své vysoké účinnosti, kvalitnímu výstupnímu svazku, vysokému průměrnému výkonu a dalším výhodám, ze kterých profituje stále rostoucí okruh aplikací. Jejich srdcem jsou křemenná optická vlákna dopovaná ionty prvků vzácných zemin. Pro jejich využívání jsou důležité znalosti o stabilitě jejich optických vlastností. V rámci práce bude pozornost zaměřena na výzkum skelných materiálů o různých matricích dopovaných thuliem emitujících v oblasti okolo 2 um. Bude studována sklotvornost systémů, jejich index lomu, spektroskopické a mechanické vlastnosti. Nové poznatky vedoucí k výběru vhodného materiálového složení a metod jeho přípravy v podobě optických vláken budou následně ověřovány ve vláknových laserech. Nové třídy ocelí pro výrobu, transport a skladování vodíku
AnotaceVodík se v následujících desetiletích stane významnou součástí energetického mixu. Výroba vodíku elektrolýzou vody pomůže stabilizovat energetickou soustavu v době, kdy dostupnost elektrické energie z obnovitelných zdrojů převýší spotřebu. Vodík pak může být snadno skladován a dopravován a následně využit na zpětnou výrobu elektrické energie v palivových článcích, výrobu tepla, přímou redukci železné rudy, výrobu hnojiv ad. Do roku 2030 se očekává, že bude investováno přibližně 60 miliard EUR do infrastruktury, výzkumu a vývoje a nových výrobních zařízení v rámci celého hodnotového řetězce využití vodíku. Pro zmíněné aplikace se nyní intenzivně vyvíjejí materiály optimální z hlediska ceny, užitných vlastností i bezpečnosti. Nové třídy nízko i vysokolegovaných ocelí budou třeba pro elektrolyzérové membrány s protonovou výměnou (PEM), dopravu kapalného vodíku a skladování stlačeného vodíku. Tyto materiály však mohou trpět vodíkovým křehnutím (HE), omezenou svařitelností, vysokými výrobními náklady a silnou závislostí na dovozu surovin. V rámci evropského projektu HYSTORY budou vyvinuty inovativní austenitické korozivzdorné a běžné manganové oceli pro výrobu, kryokonzervaci a přepravu stlačeného vodíku. Studie se zaměří na jejich odolnost proti HE a interakci mezi vodíkem a mikrostrukturou oceli. Cílem je dosáhnout pochopení vlivu složení a mikrostruktury oceli na mechanické vlastnosti, vstup vodíku a interakci s materiálem s využitím řady pokročilých technik, které jsou k dispozici ve vodíkové laboratoři Technoparku Kralupy. Pokročilé cermetové kompozity pro vysokou disipaci kinetické energie
AnotaceTyrkysový vodík, produkt moderního přístupu k pyrolýze metanu, se objevuje spolu s vedlejším produktem odpadního uhlíku. Modifikací procesu přidáním částic kovových oxidů je uhlík přeměněn na různé fáze karbidů a uhlíkových nanostruktur. Mezi nimi TiC a WC, prokazující jednu z nejvyšších tvrdostí mezi karbidy, budou použity pro cílenou přípravu špičkových materiálů schopných vysoké disipace kinetické energie. K tomuto účelu budou karbidy / uhlíkové nanostrukturované směsi připravené plasmou iniciovanou pyrolýzou metanu důkladně zkoumány na úrovni prášků a jejich kompaktních forem. Slitiny Ni-Ti a CoCrNi s vysokou lomovou houževnatostí budou vyztuženy těmito částicemi. Inkorporační strategie bude zpočátku testována na sendvičových strukturách zhutněných pomocí SPS, což poskytne obecné znalosti, které budou využity pro přípravu aditivní technologií DED. Střídající se vrstvy, jejich složení, vzájemné promíchávání a propojení povedou k syntéze funkčně gradovaných materiálů s potenciálem být implementovány jako balistická ochrana. Pokročilé slitiny s vysokou entropií a modifikovatelnými vlastnostmi
AnotaceSlitiny s vysokou entropií jsou poměrně novou skupinou materiálů, které jsou charakterizovány preferenčním vznikem tuhých roztoků namísto intermetalických sloučenin. Tyto materiály vykazují řadu vynikajících vlastností, především vysokou pevnost při zachování dostatečné tažnosti, dobré korozní odolnosti a dalších. Vhodným zpracováním je možné u těchto slitin dosáhnout dalšího podstatného zlepšení těchto již velmi dobrých vlastností. Práce bude zaměřena na přípravu nových, pokročilých slitin s vysokou entropií kombinujících významně vyšší pevnosti při zachování dostatečné plasticity. Stabilita půdních ternárních komplexů s toxickým oxoaniontem (As, Sb, Se) - vliv obsahu a forem železa a organického uhlíku
AnotaceV půdních profilech se některé toxické prvky (arsen, antimon, selen) vyskytují jako oxoanionty primárně vázáné na hydratované oxidy a oxidy hydroxidy železa (HFO) za vzniku povrchových komplexů. Tento proces probíhá rovnovážnou adsorpcí oxoaniontů z půdního roztoku na aktivní povrchová místa půdních částic za přítomnosti dalších aniontů a rozpustných organických látek. Vznikají tak binární a ternární půdní komplexy, kde se váží anorganický oxid železa, organická látka a oxoanion. Adsorpce a komplexace probíhají v koloidním prostředí, které reaguje na iontovou sílu půdních roztoků (stabilizace nebo agregace částic). Podle nejnovějších výsledků je stabilita vznikajících ternárních komplexů kritická pro dlouhodobou stabilitu vázaných aniontových fází. Cílem práce bude kvalifikovat mechanismus vzniku ternárních komplexů organická fáze – oxid železa – aniontová částice, popsat jejich strukturu, vazebné vlastnosti a vliv prostředí na stabilitu jednotlivých složek komplexů, především oxoaniontů toxických prvků. Tavicí procesy ve vitrifikačních technologiích
AnotaceAnalýza dějů v průběhu vitrifikačního procesu je prováděna s využitím matematického modelu, jehož vstupní data modelu jsou získávána souborem experimentálních metod zahrnujícím vysokoteplotní sledování tavicích procesů, analýzu uvolněných plynů, termickou analýzu a stanovení oxidačně redukční rovnováhy v taveninách. Využití hydratačních a sorpčních vlastností odpadních aluminosilikátů ve vodním hospodářství
AnotaceNěkteré aluminosilikáty, ale i práškový stavební odpad, biochar, lignin jsou schopné absorbovat a zadržovat ve srovnání s půdami a sedimenty velké množství vody. Smísení těchto materiálů s vybranými půdními profily formou řízeného přídavku mohou ovlivnit vysychání půd, které se stává vzhledem ke stále častěji se vyskytujícím "suchým obdobím", a celkově nižším srážkovým úhrnům zásadním ekologickým problémem. Metoda přídavku materiálu s vysokou nasákavostí do ekosystému může významně přispět k lepšímu hospodaření s vodou a vyrovnání vodního cyklu. Vývoj aditivně vyráběných nástrojů pro automobilový průmysl
AnotaceAditivní výroba (AM; 3D tisk) nabízí možnost zásadní změny v efektivitě využití materiálů díky snížení jejich spotřeby, optimalizaci konstrukce umístěním materiálu pouze tam, kde je v součásti potřeba, a možnosti opravy součástí, která výrazně prodlouží jejich životnost. Aby bylo možné těchto výhod plně využít, je zapotřebí vyvinout postupy zvyšující cirkularitu v oblasti AM: použití recyklovaných materiálů, zdokonalené výroby vstupních surovin (prášků) se zvýšenou výtěžností, zavedení výroby s akceptovatelným počtem vad výsledných dílů a možnosti oprav. Cílem projektu je snížení uhlíkové stopy při výrobě automobilů. Bude zaměřen na optimalizaci technologií AM tak, aby bylo možné dosáhnout delší životnosti vyráběných nástrojů pro výrobu automobilových dílů. Na základě hlubšího pochopení vztahu mezi vlastnostmi kovového prášku, výrobními parametry a aplikačními vlastnostmi budou navrženy postupy výroby nástrojů se zvýšenou odolností proti korozi, opotřebení a teplotní degradaci. Projekt se usilovat zejména o (1) pochopení vlivu složení prášku na konečné vlastnosti vyráběných dílů, (2) zvýšení opětovného použití prášku nebo aplikací prášků z recyklovaných kovů, (3) optimalizaci technik následných úprav, jako je jemné obrábění, tepelné zpracování a nitridace, (4) vývoj metodik pro hodnocení trvanlivosti výrobků, včetně pokročilých defektoskopických technik, mechanických zkoušek a zkoušek korozní odolnosti, a (5) identifikaci oblastí, kde lze dosáhnout úspor materiálu nebo energie, aniž by byly ohroženy aplikační vlastnosti. Projekt bude uskutečněn s podporou významného českého výrobce automobilů a ve spolupráci s australskou univerzitou. |
Aktualizováno: 25.8.2022 15:42, Autor: Jan Kříž