|
Molecular chemical physics and sensorics
Doktorský program,
Fakulta chemicko-inženýrská
The aim of the doctoral study programme Molecular Chemical Physics and Sensors is to prepare highly qualified specialists in the interdisciplinary fields of molecular chemical physics and sensorics. The main areas of study of this programme are related to knowledge of quantum physics and quantum chemistry, optics, electronics, vacuum physics, spectroscopy, modelling of molecules and molecular processes, and theoretical and experimental methods of studying nanostructures. As part of this study, PhD students will be prepared for independent research work in laboratories as well as for managerial positions at various levels, both in the public institutions and in the private sector. The aim of the doctoral study programme is to deepen and broaden students' knowledge so that they can combine experimental work with computational models and analyze large multivariate datasets with the aim of qualified evaluation of information and formulation of appropriate conclusions. UplatněníGraduates of the doctoral study programme Molecular Chemical Physics and Sensorics will have both deep theoretical knowledge and extensive experimental experience in chemical-physical disciplines (quantum theory, optics, optoelectronics, spectroscopy, computational chemistry and modelling of molecular and supramolecular systems, etc.). Graduates will be prepared for highly creative work in interdisciplinary teams dealing with molecular chemical physics, sensorics, spectroscopy, computational chemistry and nanostructure research, they will be able to communicate with experts in the field of measurement and control technology, physical and analytical chemistry, computer data evaluation or material research. Graduates will have extensive experience in communicating specialised knowledge in the form of written / electronic texts, especially in English, as well as oral and poster presentations. Detaily programu
Vypsané disertační práce pro rok 2024/25Ab initio modelování přenosu nosičů náboje v polymorfních organických polovodičích
AnotaceVelká strukturální a chemická variabilita organických polovodičů vyvolává potřebu výpočetního screeningu klíčových parametrů elektronové struktury a souvisejících vlastností objemové fáze, jako je šířka zakázaného pásu nebo mobilita nosiče náboje. Posledně jmenovaná vlastnost zůstává u většiny existujících organických polovodivých materiálů spíše nízká ve srovnání s tradičními anorganickými krystalickými platformami optoelektronických zařízení. Pochopení vztahů mezi krystalovou strukturou, nekovalentními interakcemi molekul v ní, elektronickými vlastnostmi, vodivostí a odezvou všech těchto vlastností na změny teploty a tlaku značně urychlí materiálový výzkum v oblasti organických polovodičů. Tato práce bude využívat zavedené metody elektronové struktury s periodickými okrajovými podmínkami a také ab initio fragmentační metody k mapování koheze organických polovodičů s pohyblivostí nosiče náboje v krystalických i amorfních strukturách těchto materiálů. Ab initio výpočty a Marcusova teorie budou použity jako výchozí bod pro detailní zkoumání vlivu lokálních strukturních variací v důsledku chemické substituce, tepelného pohybu nebo polymorfismu na vodivost cílových materiálů.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav fyzikální chemie, FCHI, VŠCHT Praha
Ab initio modelování relativní stability polymorfů molekulárních krystalů organických polovodičů
Anotace
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav fyzikální chemie, FCHI, VŠCHT Praha
Ab initio zpřesnění metod pro hledání kokrystalů farmaceuticky aktivních látek
AnotaceModerní formulace léčiv často spoléhají na kokrystalické formy, jejichž krystalová mřížka je vytvořena z více chemických látek, typicky určité aktivní farmaceutické složky a další biokompatibilní sloučeniny, která se v tomto kontextu nazývá koformer. Tyto kokrystalické lékové formy často mohou vykazovat vyšší rozpustnost, stabilitu nebo jiné prospěšné vlastnosti ve srovnání s krystaly čistých aktivních farmaceutických složek. Protože molekulární materiály mají tendenci krystalizovat v jednosložkových krystalech spíše než v kokrystalech, nalezení vhodného koformeru pro danou aktivní farmaceutickou složku může být velmi zdlouhavý a pracný proces. Aby se obešly nákladné experimenty typu pokus-omyl, in silico metody mohou pomoci předem vybrat seznam možných koformerů nabízejících vysokou pravděpodobnost vytvoření kokrystalu. V současnosti dostupné metody se zaměřují na screening elektrostatického potenciálu kolem hodnocených molekul a empirické párování jeho maxim a minim pro jednotlivé molekuly, což umožňuje screening koformerů se slušnou přesností pro molekuly s převážně vodíkovými vazbami. Tato práce se zaměří na začlenění ab initio výpočtů molekulárních interakcí, které přinesou další zlepšení také pro screening kokrystalů větších molekul s převažujícími disperzními složkami jejich interakcí. Nově budou zvažovány také dopady stechiometrických variací a prostorového balení molekul v mřížce kokrystalu, což značně rozšíří rozsah použitelnosti současných postupů screeningu kokrystalů.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav fyzikální chemie, FCHI, VŠCHT Praha
Chemirezistory na bázi černých kovů dekorovaných organickými receptory
AnotacePod pojmem "černé kovy" rozumíme tenké vrstvy vysoce porézních kovů. Jejich povrchové vlastnosti jsou velice specifické a plynou z kombinace nanostrukturní morfologie, chemie povrchu a typických fyzikálních vlastností kovů. V důsledku velkého specifického povrchu, vysoké katalytické aktivity kovu, jeho schopnosti tvořit komplexy s plyny, které mají charakter Lewisových bází a v důsledku snadné funkcionalizovatelnosti povrchu mají aktivní vrstvy na bázi černých kovů velký potenciál v senzorice plynů - tedy i chemirezistorech. Obzvlášť výhodné je uspořádat aktivní vrstvu senzoru tak, aby souvislá spodní vrstva černého kovu (fungující v tomto případě jako převodník signálu) byla povrchově dekorovaná organickými receptory. Student v rámci práce provede systematický výzkum chemirezistorů s aktivními vrstvami na bázi černých kovů (např. Au, Pt, Sb, Sn) dekorovaných organickými receptory, které mají velkou afinitu k detekovaným plynným molekulám.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav fyziky a měřicí techniky, FCHI, VŠCHT Praha
Komplexy přechodných kovů v chemické senzorice
AnotaceTradičními materiály pro polovodičové chemorezistivní plynové senzory jsou polovodiče, jako jsou polokovy, polovodivé oxidy kovů nebo organické polovodiče. Komplexy přechodových kovů jsou velmi slibnou třídou materiálů, které jsou většinou přehlíženy. V závislosti na iontu přechodného kovu a konstrukci ligandů nabízejí možnost různých vlastností s požadovanou chemickou a elektronovou strukturou. Tyto sloučeniny jsou proto vhodnými kandidáty pro aplikace, jako je detekce plynů/chemických látek. V rámci tohoto projektu budou ve spolupráci s Karlsruhe Institute of Technology vyvinuty a syntetizovány nové koordinační komplexy (využívající přechodné kovy jako Ni, Cu a další potenciálně atraktivní kovy). Ligandy budou vhodně navrženy a kombinovány s ionty přechodných kovů závěru 4. periody, aby vedly k požadovaným strukturním vakancím. Ve druhém kroku budou tyto komplexy použity a zpracovány jako tenké vrstvy za účelem jejich testování jako aktivní vrstvy pro detekci plynů. Příprava a analýza tenkých vrstev je zásadní pro jejich použití pro selektivní a citlivou detekci škodlivých a toxických plynných analytů. Pozornost bude zaměřena na chemorezistivní a optické detekční principy. Teoretické výpočty (provedené ve spolupráci s Max Planck Institute) pomohou porozumět detekčnímu mechanismu a poskytnou cestu k systematickému vývoji a zlepšování komplexního návrhu.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav fyziky a měřicí techniky, FCHI, VŠCHT Praha
Ochranné štíty autonomních systémů před elektromagnetickými interferencemi
AnotacePrudký nástup autonomních systémů typu robotických pomocníků, dronů či samořiditelných vozidel sebou nevyhnutelně přinesl nárůst využití zařízení pro určování polohy, jako jsou například mikrovlnné senzory, či pokročilá lidarová, radarová či rádiová technika. Díky tomu také narůstá pravděpodobnost existence nežádoucích interferencí tohoto elektromagnetického vlnění s integrovanými obvody autonomního zařízení, což může ve svém důsledku vést ke zvýšené pravděpodobnosti výskytu nebezpečných jevů, včetně havárií a ztrát na lidských životech. Cílem této práce je proto vyvinout nové materiály pro útlum elektromagnetických interferencí a aplikovat je jako ochranné štíty v provozní oblasti elektromagnetického spektra stávajících systémů pro určování polohy. Práce bude zaměřena na vyhledání, syntézu a charakterizaci vhodných elektrických a magnetických materiálů a jejich nanostrukturovaných analogů a následný design, výroba a testování nových lehkých a flexibilních ochranných štítů. Součástí práce také bude modelování a vyhodnocování stínící účinnosti ochranných štítů v simulovaných i reálných podmínkách provozu autonomních systémů.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky, FCHI, VŠCHT Praha
Senzorová pole taktilních senzorů teploty a tlaku
AnotaceTaktilní senzory teploty či tlaku jsou zařízení použitá v robotice při vyhodnocování interakce robota s jinými objekty. Jedná se například o manipulaci s objektem, měření prokluzu uchopeného objektu, zjišťování souřadnic polohy objektu či měření velikosti síly působící na objekt. Krajním případem jsou složité taktilní systémy, jejichž účelem je simulace a nahrazování lidského hmatu. Senzory, které se pro uvedené účely používají, musí být dostatečně miniaturní, citlivé na malé změny tlaku, musí mít příznivé dynamické vlastnosti a časovou i operační stálost parametrů. Vzhledem k očekávané vysoké hustotě taktilních senzorů zapojených i v jednoduchých aplikacích, musí existovat možnost jejich provozu ve formě senzorových polí a zpracování dat pomocí pokročilých matematicko-statistických algoritmů. V neposlední řadě musí být náklady na jejich výrobu přiměřené, aby bylo možné je snadno nahrazovat v případě opotřebení. Cílem této práce je proto vyvinout nové typy taktilních senzorů teploty a tlaku na bázi moderních nanomateriálů, které bude možné používat v experimentech s měřením časově a prostorově rozložené síly působící na matici senzorů. Součástí práce bude příprava, charakterizace a zpracování termoeletrických a piezorezistivních materiálů na bázi organických nanostrukturovaných polovodičů a uhlíkových nanostruktur. Testování těchto látek bude mimo jiné zahrnovat strukturní, chemickou a mechanickou analýzu a měření elektrických vlastností ve stejnosměrném i střídavém elektrickém poli. Vybrané materiály pak budou zpracovány do formy citlivých senzorů. Součástí této práce bude také návrh senzorových polí a dále jejich testování a zpracování signálu pomocí pokročilých algoritmů.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky, FCHI, VŠCHT Praha
Vývoj moderních štítů elektromagnetického záření jako pasivní ochrany informací před odposloucháváním
AnotaceRozšiřování moderní elektroniky, integrovaných obvodů, mikroprocesorů a obecně komunikační a výpočetní techniky s sebou přináší i vysoké riziko vyzrazení kritických informací o infrastruktuře, ve kterých jsou tyto prvky využívány. V krajním případě může dojít i k úniku či převzetí administrátorských oprávnění, což může být zneužito k digitálnímu vandalismu, vyzrazení důležitých informací či útokům na infrastrukturu samotnou. Jednou z velice efektivních a obtížně odhalitelných metod těchto útoků je i vzdálené odposlouchávání informací, jež jsou emanovány z elektronických zařízení ve formě elektrického či magnetického pole. S rozvojem levné rádiové techniky a v důsledků snadno dostupných knihoven a algoritmů pro zpracování signálu již nemusí být podobný útok pouze doménou bohatých, státy sponzorovaných, organizací, ale postupně může být osvojován běžnou hackerskou komunitou a zneužíván ke kriminálním účelům. Cílem této práce je tedy prozkoumat možnosti a vyvinout a otestovat lehké a flexibilní ochranné štíty na bázi moderních nanomateriálů, které budou sloužit jako účinná pasivní ochrana elektronických zařízení před vzdáleným odposloucháváním informací. Za tímto účelem budou připraveny nové kompozitní materiály na bázi elektricky vodivých nanočástic s magnetickými vlastnostmi. Budou studovány možnosti jejich kompatibilizace s nosičem, chemická struktura a morfologie, mechanické, elektrické a magnetické vlastnosti a metody a možnosti jejich zpracování do požadovaného tvaru a formy vhodné k využití v miniaturní elektronice. Součástí experimentů bude i testování pasivních štítů v simulovaných i reálných podmínkách a vyhodnocování jejich schopnosti tlumit elektromagnetické vlnění vyzařované elektronickými zařízeními.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky, FCHI, VŠCHT Praha
|
Updated: 25.3.2022 16:21, Author: Jan Kříž