Jednou z možností, jak si studenti a studentky prvních ročníků bakalářského studia mohou vyzkoušet a „osahat“ vědeckou práci na naší katedře, jsou tzv. studentské fakultní granty (SFG). Během těchto studentských projektů se jejich řešitelé seznámí jak s problematikou řešenou na KMF, tak i s různými pokročilými depozičními a charakterizačními technikami, popřípadě s metodami teoretické fyziky. Mimoto, při úspěšném dokončení studentského projektu student/ka získává i finanční odměnu.
Studenti se mohou buď přihlásit na vypsané studentské fakultní granty, či se domluvit s některým z našich pracovníků na vypsání nového projektu dle vzájemné dohody. V případě zájmu kontaktujte vedoucí již vypsaných projektů, nebo si s námi domluvte schůzku (kmf@kmf.troja.mff.cuni.cz), rádi Vás seznámíme s řešenou problematikou, experimentálním vybavením i dalšími možnými tématy.
Pro ty, kteří si netroufají na vlastní projekt, nabízíme i možnost zapsat si předmět Samostatná laboratorní práce, kdy studenti pod vedením pedagoga řeší zadaný dílčí experimentální úkol v podmínkách vědecké laboratoře.
zpět na stránku pro studenty
Příklady témat pro studentské fakultní granty (další práce je možné vypsat po domluvě se zájemci):
- Studium růstu nanočásticových vrstev. Na naší katedře se zbýváme přípravou nanočásticových vrstev, které díky svým unikátním vlastnostem nacházejí uplatnění v celé řadě moderních aplikací. Jednou z výhod námi používané metody pro syntézu nanočásticových vrstev, která je založena na tzv. plynových agregačních zdrojích, je směrovost depozice. Cílembude navrhnout a realizovat 2D či 3D model růstu nanočásticových vrstev v závislosti na směru depozice i na velikosti a rozdělení velikostí nanočástic dopadajících na povrch substrátu. S pomocí navrženého modelu bude následně studována morfologie nanočásticových vrstev.
- Studium dynamiky vypařování kapek. Vypařování kapek ulpívajících na povrchu pevné látky je jev, který přes svou zdánlivou jednoduchost představuje jedno z důležitých vědeckých témat, jemuž je v současné době věnována velká pozornost v odborné komunitě. Tento zájem je dán především možností pochopit a ovlivňovat dynamiku schnutí roztoků či suspenzí obsahujících různé biomolekuly, a tím kontrolovat i výsledný tvar „depozitu“ vzniklého po úplném vypaření kapaliny. Tvar „depozitu“ je důležitý nejen pro dynamicky se rozvíjející oblast 3D tisku, ale například i pro ultracitlivou detekci, kdy mechanismus zasychání kapek může vést k velmi účinné prostorové separaci biomolekul dle jejich velikosti. Cílembude na modelovém případu suspenze částic o přesně definované velikosti studovat vliv koncentrace částic v suspenzi i vliv povrchových vlastností substrátů (smáčivost, drsnost) na dynamiku schnutí. V případě zájmu je možné se v rámci tohoto projektu zaměřit na návrh a vývoj systému a softwaru pro automatické měření a vyhodnocování hmotnosti schnoucí kapky, popřípadě studovat možnosti modifikace povrchu s ohledem na jeho smáčivost a dynamiku schnutí kapalin.
- Charakterizace nanočástic připravovaných pomocí plynového agregačního zdroje založeného na magnetronovém naprašování. Jednou z možností fyzikální přípravy nanočástic představují plynové agregační zdroje, které jsou vyvíjeny na naší katedře. Na rozdíl od jiných technik tyto zdroje umožňují přípravu velmi čistých nanočástic i jejich nanášení na jakýkoliv substrát kompatibilní s vysoko-vakuovými podmínkami (např. kovy, polymery, textil, biomolekuly …). Nicméně vztah mezi depozičními podmínkami a výslednou strukturou produkovaných nanočástic zůstává stále předmětem intenzivního výzkumu. Cílem těchto studentských projektů je proto detailně prozkoumat pro jeden vybraný druh materiálu použitého pro přípravu nanočástic vliv depozičních podmínek na jejich výsledné fyzikálně-chemické vlastnosti výsledných nanočástic (např. velikost, chemická struktura, optické či elektrické vlastnosti, antibakteriální účinek …). Typ produkovaných nanočástic i jejich hlavní charakteristika studovaná v rámci tohoto projektu budou blíže specifikovány po vzájemné domluvě i s ohledem na probíhají výzkum na KMF.
- Kolaps v hydrogelech. Problematika fázového přechodu (kolapsu) v hydrogelních systémech je zajímavá nejen z teoretického hlediska, ale našla i široké využití v praxi. „Inteligentní" hydrogely přecházejí při malé změně vnějších podmínek (např. teploty) skokově z nabotnalého do zkolabovaného stavu. V důsledku toho dochází k výrazné změně fyzikálních vlastností hydrogelu, objem může poklesnout 10 – 1000krát. Z mikrosopického hlediska se jedná o změnu v uspořádání polymerních řetězců způsobenou rozrušením vodíkových můstků mezi polymerními skupinami a molekulami rozpouštědla a převládajícími hydrofóbními interakcemi. Detailní chemická struktura polymerů a interakce s molekulami rozpouštědla mají při fázové separaci významnou roli a spektroskopie nukleární magnetické rezonance (NMR) umožňuje tyto interakce podrobně studovat. Během řešení projektu se student seznámí s experimentálnímí metodami NMR spektroskopie a některé z nich použije pro studium fázového přechodu v polymerních hydrogelech. Cílem projektu je určit vliv strukturních parametrů vybraných hydrogelů na jejich kolaps. Kromě makroskopických metod detekce kolapsu budeme jev zkoumat i z mikroskopického pohledu spektroskopií nukleární magnetické rezonance.
- Korelace v modelech tvorby polymerních sítí .Struktura polymerních sítí má rozhodující vliv na jejich fyzikální a chemické vlastnosti, jež určují rovněž oblasti jejich možných aplikací. Kvantitativní popis formování struktury polymerních sítí je proto důležitý pro interpretaci a předpovídání vlastností sesíťovaných soustav. Jedna z metod přistupuje k vývoji struktury jako k procesu řízenému chemickou kinetikou. Odpovídající soustavu diferenciálních rovnic lze řešit numerickými metodami nebo Monte Carlo simulacemi. Pomocí chemické kinetiky však nelze získat strukturní informace o nekonečné molekule (molekule prostupující celým vzorkem) – gelu, která je klíčová pro mechanické a jiné vlastnosti. Výpočet strukturních parametrů gelu je možný jen v kombinaci se statistickými metodami (teorie větvících procesů, TVP): na základě chemické kinetiky se vypočte distribuce zakořeněných fragmentů (to lze i za bodem gelace) a z těchto fragmentů se pomocí TVP náhodně generují molekuly a objekty gelu. Náhodné spojování jednotek potlačí případné korelace, proto jsou statistické metody pouze aproximací kinetických metod. Kvalitu této aproximace lze ovlivnit vzdáleností, do které respektujeme stochastické korelace, tedy poloměrem vstupních zakořeněných fragmentů. Jinou rozšířenou metodou jsou perkolační modely na periodických mřížkách v prostorech různé dimenze. Cílemje obeznámit se s oběma metodami, i s programy vytvořenými na pracovišti v prostředí MATLAB a MATHEMATICA, a přispět k jejich rozšíření anebo zobecnění a aplikovat je na jednoduché systémy.
- Metoda konečných prvků – modelování vztahu napětí a deformace v bobtnajících gelech s omezeními. Metoda konečných prvků (MKP) je numerická metoda na přibližné řešení parciálních diferenciálních rovnic (PDR) s okrajovými podmínkami. Využívá variační metody. Její princip spočívá v diskretizaci spojitého prostředí na malé části zvané konečné prvky. PDR vznikají při matematickém modelování mnoha fyzikálních, chemických, biologických jevů, např. v materiálových vědách, fluidní dynamice, elektromagnetizmu, astrofyzice, ekonomice, finančním modelování, apod. Student se tedy obeznámí s mocným nástrojem, MKP. Aplikovat jej bude na simulaci rozložení napětí a deformací velmi žádané a zajímavé třídy materiálů: částicových kompozitů nebo core-shell částic, kde jádro a slupka jsou z různých polymerních materiálů. Cílemje seznámit se s molekulárními modely kaučukovité elasticity, se základy metody konečných prvků a s programem COMSOL multiphysics nebo ANSYS, který tuto metodu využívá na řešení velmi širokého spektra fyzikálních a technických problémů. Student vytvoří model zvoleného jednoduchého systému a bude zkoumat rovnovážné mechanické a bobtnací chování případně dynamiku přechodu do jiného stavu.
nahoru
Příklady SFG, které byly řešeny v nedávné době na naší katedře:
- Studium porfyrinů pomocí nukleární magnetické rezonance
- NMR relaxační experimenty v hydrogelech
- Teplotně citlivé hydrogely
- Software pro vyhodnocení testů studijních předpokladů z matematiky
- Studium teplotně citlivých molekul pomocí nukleární magnetické rezonance
- Produkce entropie v regularizovaném RR obvodu
- Produkce entropie při podtlumené difuzi v externím potenciálu
- Morfologie polymerních ostrůvků deponovaných z plynné fáze na substráty z plazmových polymerů
- Struktura tenkých kompozitních vrstev na bázi Ag nanočástic a plazmového polymeru
- Výkon a účinnost molekulárních strojů poháněných informací
- Molekulární stroje poháněné informací
- Studium termoresponzivních látek pomocí spektroskopie nukleární magnetické rezonance
- Studium vypařování kapek z povrchů o různé smáčivosti
- Příprava kovových nanoklastrů a studium jejich stability
- Příprava kovových nanoklastrů pomocí plynového agregačního zdroje
- Příprava a modifikace kovových nanočástic pomocí plazmových metod
- Příprava antibakteriálních vrstev
- Konstrukce aparatury pro měření výstupní práce v organických polovodičích
- Plazmové opracování povrchů obsahujících nanočástice
- Příprava gradientních povrchů
- Příprava vrstev plazmových polymerů s kontrolovatelnou nanodrsností
- Regulace stability biodegradabilních polymerů
- Automatizace experimentu v plazmatické depoziční laboratoři
nahoru