Témata závěrečných prací

Název práce Typ práce Vedoucí práce Kozultant Téma práce Anotace
Strukturální změny v krystalických materiálech po iontovém ozáření ve spojitosti s optickými vlastnostmiDiplomová prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.Mgr. Petr Malinský PhD.aplikované plazmové (iontové) technologieIontová implantace s využitím energetických iontů urychlovače Tandetron v ÚJF AV ČR je univerzální metoda pro přípravu nanostrukturovaných materiálů v nejrůznějších typech substrátů. ZnO je v současnosti nejstudovanější polovodičový materiál, jehož modifikace a nanostrukturování je perspektivní pro optoelektronické aplikace. Budeme studovat modifikaci struktury a optických vlastností, vnitřní morfologie ZnO monokrystalů, nanotyček a nanopilířů dopovaných ionty vzácných kovů (Au, Ag, Cu atd.) za účelem vytvoření kovových nanočástic. Vzniklý systém krystalického pole s nanočásticemi, případně nanokrystaly s nanočásticemi mohou vykazovat nové optické nelineární vlastnosti a bio-senzorické vlastnosti, které budou následně testovány. Prvkové složení a strukturní modifikace bude zkoumána Iontovými analytickými metodami (RBS-C, ERDA), rentgenovskou difrakcí (XRD) a Ramanovskou spektroskopií, dále optické vlastnosti luminiscenčními metodami, optickou spektroskopií. Zvláště bude kladen důraz na evaluaci výsledků metody RBS-kanálování a simulace programem FLUX průchodu iontů modifikovanou strukturou krystalu po iontové implantaci.
Mikrostrukturování polymerů s využitím fokusovaných iontových svazkůBakalářská prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.Mgr. Petr Malinský, PhD.aplikované plazmové (iontové) technologieIontový mikrosvazek umožňuje fokusovat svazky iontů (He, H, O, C) na velikost menší než 1 mikrometr a je k dispozici u urychlovače Tandetron v ÚJF AV ČR. Zde budou prováděny experimenty s vytvářením mikrostruktur ve specifických polymerech s nanočásticemi připravených metodou spin coating. Iontová litografie v takových nanokompozitech je perspektivní pro aplikace v mikroelektronice, optice, ale také pro bioaplikace. Polymery a polymerní kompozity s nanočásticemi budou připravovány v rámci práce metodou spin coating a dále mikrostrukturovány ve spolupráci s ÚJF AV ČR a dále analyzovány iontovými analytickými metodami (RBS, ERDA), elektronovou mikroskopií SEM, AFM, Ramanovskou spektroskopií a dalšími metodami ve spolupráci s VŠCHT Praha a UJEP.
Příprava mikrostruktur v materiálech na bázi uhlíku pro senzorické aplikace metodou iontové litografieDiplomová práce, Disertační prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.Mgr. Petr Malinský, PhD.aplikované plazmové (iontové) technologieIontová litografie umožňuje vytvářet přímo mikrostruktury v radiačně citlivých materiálech např. polymerech, kompozitech polymerů s grafénovými částicemi, případně v materiálech na bázi grafénu. Komplexní 3D mikrostruktury lze vytvářet 3D iontovou litografií v laboratoři Tandetronu v ÚJF AV ČR. Mikrosvazek umožňuje fokusovat svazky iontů (He, H, O, C) na velikost menší než 1 mikrometr a kombinovat různé typy iontů. Kompozity s grafénem a polymery budou připravovány v rámci práce metodou spin coating a dále mikrostrukturovány s cílem vytvořit perspektivní struktury s velkou mírou přesnosti, kvality mikrostruktur a následně testovat jejich senzorické vlastnosti pro detekci plynů na testovacím zařízení pro měření elektrických a senzorických vlastností v ÚJF AV ČR a dále analyzovány iontovými analytickými metodami (RBS, ERDA), elektronovou mikroskopií SEM, AFM, Ramanovskou spektroskopií, XPS a dalšími metodami ve spolupráci s VŠCHT a UJEP.
Příprava a charakterizace nanomateriálů s využitím energetických iontových svazků v polovodičích a sklechBakalářská práce, Diplomová prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.aplikované plazmové (iontové) technologieIontová implantace s využitím energetických iontů urychlovače Tandetron v ÚJF AV ČR je univerzální metoda pro přípravu nanostrukturovaných materiálů v nejrůznějších typech substrátů. ZnO je v současnosti nejstudovanější polovodičový materiál, jehož modifikace a nanostrukturování je perspektivní pro optoelektronické aplikace. Budeme studovat modifikaci struktury a optických vlastností, vnitřní morfologie ZnO monokrystalů, nanotyček a nanopilířů, případně do speciálně upravených skel iontovými analytickými metodami (RBS, ERDA), rentgenovskou difrakcí (XRD) a Ramanovskou spektroskopií, luminiscenčními metodami.
Strukturální změny v krystalických materiálech po iontovém ozáření ve spojitosti s optickými vlastnostmiBakalářská práce, Diplomová prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.aplikované plazmové (iontové) technologieIontová implantace s využitím energetických iontů urychlovače Tandetron v ÚJF AV ČR je univerzální metoda pro přípravu nanostrukturovaných materiálů v nejrůznějších typech substrátů. ZnO je v současnosti nejstudovanější polovodičový materiál, jehož modifikace a nanostrukturování je perspektivní pro optoelektronické aplikace. Budeme studovat modifikaci struktury a optických vlastností, vnitřní morfologie ZnO monokrystalů, nanotyček a nanopilířů, případně do speciálně upravených skel iontovými analytickými metodami (RBS, ERDA), rentgenovskou difrakcí (XRD) a Ramanovskou spektroskopií, luminiscenčními metodami.
Mikrostrukturování polymerů s využitím fokusovaných iontových svazkůBakalářská práce, Diplomová prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.aplikované plazmové (iontové) technologieIontový mikrosvazek umožňuje fokusovat svazky iontů (He, H, O, C) na velikost menší než 1 mikrometr a je k dispozici u urychlovače Tandetron v ÚJF AV ČR. Zde budou prováděny experimenty s vytvářením mikrostruktur ve specifických polymerech s nanočásticemi připravených metodou spin coating. Iontová litografie v takových nanokompozitech je perspektivní pro aplikace v mikroelektronice, optice, ale také pro bioaplikace.
Nanostrukturování v krystalických materiálech energetickými iontovými svazky pro nové optické funkční materiály a povrchyDiplomová práce, Disertační prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.aplikované plazmové (iontové) technologiePříprava nano-struktur metodou iontové implantace a mikrostrukturování fokusovanými iontovými svazky v polovodičích je v současnosti velmi studované a zásadní vědecké téma, neboť nanostrukturované polovodičové struktury vykazují výjimečné optické vlastnosti a současně je snahou připravit komplexní zařízení na sub-nm úrovni pro optoelektroniku. Polovodiče jako Si, diamant a ZnO mohou být mikro/nano strukturovány pomocí fokusovaných iontových svazků. V závislosti na parametrech iontového svazku (energie, tok, hmotnost iontů) probíhají rozdílné procesy v uspořádané krystalické struktuře, kdy může docházet ke tvorbě nanočástic, mikropilířů, mikroobjektů různých tvarů. Současně se nedávno objevil fenomén rozdílné aktivace dopantu v různých krystalografických orientacích polovodičů. Shift Heavy Ions (SHI) jsou energetické ionty s převládajícím elektronickým brzděním, kde dochází k velkému přenosu energie do hostitelské mřížky, dochází k nárůstu lokální teploty, amorfizaci a vytváření amorfních treků. SHI ozáření polovodičů může vyvolat nezvratné změny v makroskopických vlastnostech, jako jsou chemické, elektronické, elektrické, morfologické, tribologické a optické vlastnosti, způsobené jevy, jako je elektronická excitace, ionizace, kumulace defektů, amorfizace apod. SHI ozařováním lze také modifikovat morfologii již existujících nano-částic v polovodičové matrici vytvořených iontovou implantací s ionty středních energií. Analytická metoda RBS – channeling je založena na kanálování nabité částice v periodickém potenciálu krystalické mřížky, kdy částice prochází mnoha rozptyly pod malými úhly a pohybuje se tak, že výtěžek ve spektru zpětně odražených iontů prudce klesá. Skenováním výtěžku rozptylu v závislosti na úhlu vzhledem k axiální ose kanálu získáme informace o polohách atomů v intersticiálních polohách a přítomnosti defektů v krystalu. Úkolem doktorské práce bude příprava nano-struktur metodou iontové implantace a iontového mikrostrukturování v ZnO, Si a diamantu a charakterizace připravených nano-struktur metodami RBS, RBS – channelling (strukturální a prvková analýza) a dalšími komplementárními metodami (XRD, Ramanovská spektroskopie, fotoluminiscence atd.) ve spolupráci s kolegy z VŠCHT. Na výše zmíněné problematice spolupracujeme s pracovišti VŠCHT Praha, Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf a MTA Debrecen, Maďarsko, kde se předpokládají stáže doktoranda.
Modification of polymers by laser ablation processing for biomedicineBakalářská práce, Diplomová práceDr. Maria Cutroneo, seniorní vědecký pracovník ÚJF AVČRdoc. RNDr. Anna Macková, PhDaplikované plazmové (iontové) technologiePolydimethylsiloxane (PDMS) is a silicon-based elastomer. It appears promising as an elastic substrate because it can easily adjust to the soft tissue curvatures in biomedicine. One drawback of using PDMS for biomedical applications as joint implants or culture cells is its hydrophobicity with aqueous solvents due to the presence of methyl groups. One possible route for the functionalization of PDMS, thus becoming an active material together with numerous metals and semiconductors, is the embedding of conductive nanomaterials. Currently, pulsed laser deposition (PLD) in vacuum and laser-induced backward transfer (LIBT) in air can be used to deposit biocompatible material on the polydimethylsiloxane. The task of the diploma thesis will be to realize the modification of PDMS by the two mentioned techniques; to explore and to compare the surface treatments, advantages, and disadvantages of both different techniques. Characterization of the prepared material will be carried out by ion beam analytical methods such as Rutherford backscattering spectrometry (RBS) proton induced x-ray (PIXE). Complementary analytical methods will be used – optical spectroscopy, atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) for the monitoring of the morphology and roughness of the material. The wettability and elasticity of polydimethylsiloxane can be also evaluated. The biological behaviour and performance of native and modified PDMS can be investigated by the cytotoxicity evaluation of the realized material for different types of cell cultures can be also realized at the UJP (Czech Rep.).
On the above mentioned issue, we cooperate with the departments of the University of Technology Prague and the University of Messina (Italy), University of Chemical technology and Faculty of Science UJEP.
General references to the Laser ablation processing (further study)
1. A. H. Hamad, K. S. Khashan and A. A. Hadi, Laser Ablation in Different Environments and Generation of Nanoparticles, Chapter 8 from the book Applications of Laser Ablation – Thin Film Deposition, Nanomaterial Synthesis and Surface Modification, Intech Published 2016
2. S. C. Singh, H. Zeng, C. Guo and W. Cai (2012). Lasers: Fundamentals, Types, and Operations. In, Nanomaterials: Processing and Characterization with Lasers (pp. 1-34), DOI: 10.1002/9783527646821.ch1. Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA.
Preparation of nanoparticles by laser ablation in liquid to improve the effectiveness of radiotherapy Diplomová práceDr. Maria Cutroneo, seniorní vědecký pracovník ÚJF AVČRdoc. RNDr. Anna Macková, PhD.aplikované plazmové (iontové) technologieRadiotherapy is a cancer treatment which uses high-energy radiations to destroy cancer cells in the irradiated volume. This approach can be responsible of side effects like the damaging of some healthy cells present in the irradiated volume. The healthy cells are usually able to repair themselves, despite the cancer. As the normal cells recover, the side effects usually get better. The evaluation of the damage induced by radiation is important, because the cells usually have a reduced ability to repair certain types of lesions. The research is mainly focusing towards the study and the development of radiation therapy that is radically destructive on the cancerous tissue, but at the same time minimizing the irradiation time. The use of nanoparticles (NPs) in the tumour volume increases the effective atomic number of the medium permitting to enhance the ion energy loss and the dose energy released by ionizing radiations. The ions irradiation of the cells produces interaction of the incident ions and of the produced energetic secondary electrons and photons with the NPs. This interaction generates a high density of electrons and photons, which irradiate the cell nucleus and DNA damaging irreversibly the molecular structure and leading the cell to death. Molecular scissions and radicals, in fact, are produced by the ionizing radiations. Thus, it is expected a major cell damage when cells contain such NPs with respect to the case without them. The size, shape and concentration of the nanoparticle synthetized by laser ablation will be controlled by the laser fluence, the laser wavelength, the pulse duration, the pulse frequency, the irradiation time.
The irradiation of cells containing NPs or NPs free will be performed at the Tandetron laboratory of the Nuclear Physics Institute (Czech Rep.) using the external beam of the ion micro beam. The automatic system, using and innovative sweeping software, moves the holder containing the cell culture on an X-Y surface during the proton beam irradiation, in the orthogonal Z direction, to produce a uniform dose distribution in the cell culture. The task of the doctoral thesis will be to prepare nanoparticle by laser ablation in liquid with and without the presence of external electric field. Characterization of the prepared nanoparticles will be carried out by ion beam analytical methods such as Rutherford backscattering spectrometry (RBS) proton induced x-ray (PIXE). Complementary analytical methods will be used – optical spectroscopy, atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) for the monitoring of the size distribution and shape of the nanoparticles. Irradiation of cell culture by ion micro beam system and evaluation of the released dose.
On the above mentioned issue, we cooperate with the departments of the University of Technology Prague and Faculty of Science UJEP.
General references to the Laser ablation in medium and protontherapy (further study)
1. Durante M, Loeffler JS. Charged particles in radiation oncology. Nat Rev Clin Oncol (2010) 7:37–43. doi:10.1038/nrclinonc.2009.183

Preparation of nanostructured materials in polymers by laser ablation in liquid for nanotechnology and opticsDiplomová práceDr. Maria Cutroneo, seniorní vědecký pracovník ÚJF AVČRRNDr. Petr Malinský, PhD.aplikované plazmové (iontové) technologieThe design of new materials with improved mechanical and optical properties is a major interest in nanotechnology and biomedical applications. The synthesis of polymeric composite decorated with nanoparticles can be morphologically, mechanically and optically characterized. Nanoparticles can be created by the laser ablation in liquid and then mixed with the selected polymer by dispersion approach. The control of the size, shape and concentration of the synthetized nanoparticle depend on critical parameters like the laser fluence, the laser wavelength, the pulse duration, the pulse frequency, the irradiation time and the environment type. Another critical parameter to produce smaller NPs can be to increase the concentration of surfactant (like sodium dodecyl sulphate) usually used to avoid the coalescence of the obtained nanoparticles.
The task of the diploma thesis will be to prepare nanoparticle by laser ablation in liquid with and without the use of external electric field. Characterization of the prepared nanoparticles will be carried out by ion beam analytical methods such as Rutherford backscattering spectrometry (RBS) proton induced x-ray (PIXE). Complementary analytical methods will be used – optical spectroscopy, atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) for the monitoring of the size distribution and shape of the nanoparticles. Elasticity, wettability and modification of the electrical properties of the realized material will be also investigated.
On the above mentioned issue, we cooperate with the departments of the University of Technology Prague and Faculty of Science UJEP.

General references to the Laser ablation method and material processing (further study)
1. A. H. Hamad, K. S. Khashan and A. A. Hadi, Laser Ablation in Different Environments and Generation of Nanoparticles, Chapter 8 from the book Applications of Laser Ablation – Thin Film Deposition, Nanomaterial Synthesis and Surface Modification, Intech Published 2016
2. S. C. Singh, H. Zeng, C. Guo and W. Cai (2012). Lasers: Fundamentals, Types, and Operations. In, Nanomaterials: Processing and Characterization with Lasers (pp. 1-34), DOI: 10.1002/9783527646821.ch1. Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA.

Fyzikální experimenty ve vzdálené laboratořiBakalářská práce, Diplomová prácedoc. RNDr. František Lustig, CSc.didaktika fyzikySoučasné internetové technologie umožňují vzdálená měření s reálnými experimenty. Pro tvorbu takovýchto vzdálených laboratoří jsou již nyní k dispozici uživatelská vývojová prostředí (již není třeba tyto vzdálené experimenty individuálně "programovat"). Vzdálené experimenty lze tvořit jen s trochou znalostí HTML. Takovéto vzdálené experimenty jsou již nyní i na Katedře fyziky UJEP („Voltampérové charakteristiky LED diod“ http://ises1.prf.ujep.cz a „RLC obvod“ http://ises2.prf.ujep.cz
Cílem diplomové práce je provést rešerši vzdálených experimentů v ČR a ve světě, hlavním konkrétním cílem je pak vytvořit alespoň jeden nový vlastní vzdálený experiment včetně didaktických materiálů (máme zde námět na laboratorní úlohu „Mapování magnetického pole cívek“) aj.
Mnoho informací o vzdálených experimentech naleznete na http://www.ises.info .
Školní fyzikální laboratoře včera, dnes a zítraBakalářská práce, Diplomová prácedoc. RNDr. František Lustig, CSc.didaktika fyzikyFyzikální praktikum na vysokých školách je u studentů dlouhodobě nepopulární. Asi to nebude vybaveností praktik nebo personálním obsazením, ale možná to bude nízkou úrovní využívání současných internetových a počítačových technologií, možná to bude i v organizačních záležitostech. Současné nejčastější pojetí experimentů a laboratorních úloh je ověření předem nabytých znalostí a to přístupem „Recipe labs“, (kdy se v laboratoři často postupuje „podle receptu“ a není zde žádný prostor pro samostatné objevování, bádání, aj.). Nový přístup chce jít obrácenou cestou – od experimentu k teorii. Metoda IBSE (Inquiry-Based Science Education) chce posílit tvůrčí, badatelskou a objevitelskou činnost v laboratoři. Tento nový přístup je specifický pro opravdové vědecké laboratoře. Cílem práce je zmapovat situaci ve školních laboratořích a zkusit navrhnout nějaké moderní pojetí fyzikálního praktika. Žijeme v době internetu, sociálních sítí, počítačového přímého zpracování měření, v době vzdálených a virtuálních experimentů. Což takhle navrhnout soubor úloh, kdy by se uplatnily tyto nové možnosti. Zkusme navrhnout integrovanou fyzikální laboratoř, která by integrovala hands-on, počítačem podporované, vzdálené a virtuální experimenty. V rešeršní části projdeme historický vývoj fyzikálních laboratoří od hands-on laboratoří přes počítačem podporované laboratoře až po vzdálené a virtuální laboratoře. Zkusíme přinést konkrétní pohledy do školních fyzikálních laboratoří na jiných školách. Konkrétním cílem bude navrhnout a realizovat soubor laboratorních úloh pro praktikum 3. tisíciletí. Studenti, zkuste si navrhnout svá praktika!!!
Fyzikální vzdálené experimenty s ArduinemBakalářská práce, Diplomová prácedoc. RNDr. František Lustig, CSc.didaktika fyzikyPráce je založena na dvou současných progresívních přístupech. Prvním jsou vzdálené experimenty, které si již našly své místo v laboratořích, zvláště nyní během koronavirové pandemie. Druhým fenoménem je Arduino jako levný dostupný jednodeskový počítač, který umí měřit, ale i řídit procesy v analogovém i digitálním prostředí. I neprogramátoři mohou metodou DIY (Do It Yourself) vytvářet inteligentní elektronické konstrukce. Pro tvorbu vzdálených fyzikálních experimentů s Arduinem využijeme volně dostupnou softwareovou stavebnici „Remduino Lab SDK“ (podrobněji na www.ises.info ), která umožňuje sestavit téměř libovolný vzdálený experiment pomocí univerzálních softwareových modulů pro měření, řízení, záznam a export dat. K tomu nám stačí pouze jednoduchá znalost HTML. Cílem práce je vytvořit soubor fyzikálních vzdálených experimentů postavených na Arduinu včetně doprovodných didaktických materiálů. Experimenty budou umístěné na volně a veřejně přístupných WWW stránkách.
Jachting a fyzikaBakalářská práceMgr. R. Seifertdidaktika fyzikyCílem práce je nalézt, osvětlit a objasnit fyzikální principy, které jsou využívány při jachtingu.
Fyzikální realita v počítačových hráchBakalářská práceMgr. R. Seifertdidaktika fyzikyCílem práce je zmapovat vývoj počítačových her s přihlédnutím ke vztahu tzv. reality herního světa a pravidel, kterými se řídí svět kolem nás, popis metod, kterými počítačové hry simulují fyzikální realitu, vztah těchto metod k metodám používaným v počítačové fyzice a zhodnecení možností využití některých počítačových her ve výuce fyziky na ZŠ či SŠ.
Intuitivní představy žáků o plynném skupenství látek Diplomová práceRNDr. Eva Hejnová, Ph.D.didaktika fyzikyÚkolem diplomanta bude na základě provedené rešerše literatury (zejména v anglickém jazyce) shromáždit nejčastější intuitivní představy v oblasti plynného skupenství látek a četnost výskytu těchto představ ilustrovat prostřednictvím výzkumu na souboru žáků základních škol a víceletých gymnázií.
Intuitivní představy žáků o kapalném skupenství látekDiplomová práceRNDr. Eva Hejnová, Ph.D.didaktika fyzikyÚkolem diplomanta bude na základě provedené rešerše literatury (zejména v anglickém jazyce) shromáždit nejčastější intuitivní představy v oblasti kapalného skupenství látek a četnost výskytu těchto představ ilustrovat prostřednictvím výzkumu na souboru žáků základních škol a víceletých gymnázií.
Role analogií a metafor ve fyzikálním vzděláváníDiplomová práceRNDr. Eva Hejnová, Ph.D.didaktika fyzikyÚkolem diplomanta bude na základě rešerše českých i zahraničních učebnic identifikovat nejčastěji používané analogie a metafory ve fyzikálním vzdělávání na střední škole (jako jsou např. elektronový oblak, rozmazaný elektron apod.) a provést výzkumné šetření zaměřené na frekvenci používání vybraných analogií a metafor učiteli na středních školách.
Tvorba souboru úloh z fyziky zadaných ve formě obrázkuBakalářská práce, Diplomová práceRNDr. Eva Hejnová, Ph.D.didaktika fyzikyBakalářská práce bude zaměřena na tvorbu fyzikálních úloh, které jsou prezentovány prostřednictvím obrázků (kresby, fotografie apod.). Vizuální prezentace fyzikálního problému (úlohy) může účinně pomoci s odstraněním bariéry při čtení delších zadání úlohy, s pochopením fyzikálních konceptů a v neposlední řádě i se zvýšením zájmu žáků o fyziku. V diplomové práci by se student zaměřil také na výzkum efektivity použití obrázkových úloh ve fyzice, návrh vhodné pedagogické strategie pro výuku fyziky a srovnání tohoto přístupu s tradičními metodami výuky fyziky.
Humor ve fyziceBakalářská práceRNDr. Jiří Králík, Ph.D.Mgr. Robert Seifertdidaktika fyzikyÚkolem této práce je seznámení se s obecnou teorií humoru (komiky), shromáždění textových i obrazových (cartoons) fyzikálních vtipů z české i zahraniční scény, shromáždění legračních příběhů z dějin fyziky a sestavení tématicky tříděného katalogu humoru ve fyzice.
Entropie na střední školeBakalářská práce, Diplomová práceRNDr. Jiří Králík, Ph.D.didaktika fyzikyHlavními úkoly diplomové práce je popsat entropii z hlediska teorie informace, aplikovat toto pojetí na popis dějů, se kterými se lze při výuce fyziky a chemie na středních školách setkat a vyzkoušet v praxi. Důležitou součástí zadání je i zevrubná kritika tradičního pojetí entropie jako “míry neuspořádanosti soustavy”.
Newtonovy zákony a jejich místo v současném chápání fyzikyBakalářská práce, Diplomová práceRNDr. Jiří Králík, Ph.D.didaktika fyzikyI po třistatřiceti letech je úvodní výklad mechaniky na středních i vysokých školách stále poplatný Newtonovým Principiím. Úkolem studenta je seznámit se s modernějším přístupem, který není založen na pojmu síla, ale jehož primární koncepty tvoří hybnost a energie. Výhodou těchto zachovávajících se veličin oproti pojmu síla, jenž se při postupu k vyšší fyzice prakticky zcela vytrácí, je jejich univerzální užití. Dalším důležitým kladem je jejich matematicky jednoduchá aplikace ve školských úlohách. Cílem práce není snaha o úplné vytlační konceptu síly z výuky, ale ukázání jejího místa v moderním porozumění struktuře fyziky. Hlavním úkolem pak je sestavení textu vhodného pro učitele a jeho vyzkoušení ve školní praxi.
Proč si dnes myslíme, že existují atomyBakalářská práce, Diplomová práceRNDr. Jiří Králík, Ph.D.didaktika fyzikyPo podrobném zmapování historie vývoje představ o atomové struktuře látky a rozboru zásadních experimentů, je hlavním cílem práce sestavit a ověřit postup, kterým lze přesvědčit každého inteligentního člověka o existenci atomové struktury látky a navrhnout středoškolské zpracování tohoto tématu.
Počítačové ilustrace kvantové teorieDiplomová práceRNDr. Jiří Králík, Ph.D.didaktika fyzikySeznámení se s názorným feynmanovským přístupem ke kvantové teorii a vytvoření jednoduchých počítačových demonstrací ilustrujících tento přístup.
Jakou barvcou svítí semafory?Bakalářská práceMgr. R. Seifertexperimentální fyzika, didaktika fyzikyPřestože vyhláška o dopravě jasně stanoví, že prostřední světlo semaforu je žluté, v praxi se většině účastníků silničního provozu toto světlo jeví jako oranžové.
Cílem práce je:
prozkoumat tento fenomén z hlediska legislativního, provést dotazníkové šetření, proměřit vlnovou délku světla vyzařovaného semaforem/semafory různých umístění a výrobců, porovnat ji s dalšími zdroji, u nichž se lidé shodnou na barvě
Fyzika s videokamerou a počítačemBakalářská práceMgr. R. Seifertexperimentální fyzika, didaktika fyzikyCílem práce je vymyslet, provést, natočit a didakticky zpracovat fyzikální experimenty vztahující se k učivu ZŠ nebo SŠ. Výstupem práce bude série videoklipů vhodných pro počítačovou analýzu pohybů.
Výzkum moderních materiálů na bázi oxidů pomocí elektronových spektroskopií Research of novel oxide based materials by electron spectroscopiesDisertační prácedoc. Ing. Martin Kormunda, Ph.DnanotechnologieOxidy jsou materiály se zajímavými vlastnosti se širokým využitím od elektroniky, optiky přes katalýzu a rozklad organických látek. Vlastnosti oxidů výrazně ovlivňují metody přípravy a zejména vzájemné vazby jednotlivých prvků. Cílem práce bude výzkum možností analýzy oxidů kovů různých forem, vrstvy i prášky pomocí elektronových spektroskopií. A také vysvětlení korelací elektronických vlastností s funkčními vlastnostmi.
Annotation: Oxides are interesting materials with properties applicable in electronics, optics, and chemistry of catalysis or decompose of organics. Their properties are strongly influenced by preparations techniques and mainly by interactions between elements. The study will be focused on possibilities of analyses the oxides of various forms (films, powders, etc.) by electron spectroscopies. The correlations between functional properties and electronic states will be found.
Magnetronové naprašování vrstev oxidů pro optické aplikace a senzory Magnetron deposition of oxide coatings for optical applications and sensorsDisertační prácedoc. Ing. Martin Kormunda, Ph.DnanotechnologieMagnetronové naprašování je univerzální technika pro vytváření tenkých vrstev. V rámci výzkumu budou studovány zajímavé vlastnosti multivrstev a budou porovnány s vlastnosti gradientních vrstev, pro které bude upraven depoziční system (jeden z hlavních úkolů). Vrstvy budou založeny na oxidech kovů. Budou využívány různé plazmové zdroje s napájením DC, RF a pulzním s a bez ICP ionizace and předpětí na substrátu. Mělo by být možné povlakovat i nerovinné prvky. Vytvořené vrstvy budou charakterizovány širokou paletou technik např. SIMS, SEM, TEM, XPS, AES, FTIR, ellipsometry, atd.
Annotation: Magnetron sputtering is versatile technique for thin films deposition. The interesting properties of multicoating systems will be studies and they will be compared to gradient coatings for mainly optical systems. The coatings will be based on metal oxides. To develop a system for gradient coatings depositions will be one of the main topics. The various sputtering sources will be used in DC, RF, pulsed configurations with and without ICP coils and bias substrate. The non-flat substrates uniform coverage should be reached. The coatings will be characterized by multiple techniques (SIMS, SEM, TEM, XPS, AES, FTIR, ellipsometry, etc.).
Magnetronové naprašování tenkých vrstev SiSnBakalářská práce, Diplomová prácedoc. Ing. Martin Kormunda, Ph.D.nanotechnologieV současné době se v mnoha aplikacích využívá termoelektrických vlastností některých materiálů pro řízený ohřev a chlazení. Ve spolupráci s AVČR, kde probíhá teoretický výzkum termoelektrických materiálů byl jako aplikovatelný materiál vytipován SiSn s vysokým podílem obou složek. Pro dosažení očekávaných vlastností je důležité zamezit segregaci složek a omezit přítomnost kyslíku ve vrstvách. Vrstvy budou připravovány magnetronovým naprašováním a analyzovány širokou škálou metod jako jsou XRD, XRS, atd.
HIPIMs naprašování tenkých vrstev pro povlakování prostorových strukturDiplomová prácedoc. Ing. Martin Kormunda, Ph.D.nanotechnologieMetoda HIPIMs ( High-power impulse magnetron sputtering) je moderní progresivní technika vytváření tenkých vrstev. Zejména se vyznačuje vysokým podílem iontů v rozprášeném materiálu a proto je mimo jiné vhodná pro povlakování prostorových struktur. Cílem práce bude využít této vlastnosti pro povlakování struktur používaných v biosenzorech a dalších aplikacích s významnou prostorovou strukturou.
Antifouling povlaky na LOC kompatibilních materiálechBakalářská práce, Diplomová prácedoc. Ing. Martin Kormunda, PhD.nanotechnologieKromě bioaktivních povrchů jsou antiadhezivní povlaky již dlouhou dobu zkoumány pro různé aplikace, kde je jedním z významných konceptů zařízení lab-on-a-chip a povrchy pro kultivaci buněk. Antifouling povrchy jsou obvykle založeny na polymerech jako jsou PEG (polyethylenglykol) nebo oligo (ethylenglykol) a poměrně často používají procesy přípravy s asistencí plazmatu. Práce se zaměří na vývoj metod depozice s asistencí plazmového výboje a s molekulami PEG vhodnými pro povrchovou modifikaci polymerních materiálů.
Vysoce hydrofobní povrchy na materiálech kompatibilních s lab-on-a-chip (LOC )Bakalářská práce, Diplomová prácedoc. Ing. Martin Kormunda, PhD.nanotechnologiePráce se zaměří na vývoj superhydrofobních povrchů vyrobených procesy podporovanými plazmatem, jako je leptání reaktivních iontů (RIE) a depozice aktivních vrstev z par a/nebo magnetronových terčů. Budeme studovat vztahy mezi nano strukturou a hydrofobicitou povrchů založených na C-F a/nebo na oxidy kovů (např. VOx). Budou vyvinuty metody, které povedou ke stabilním superhydrophobním povlakům.
Studium krystalických materiálů obsahujících nano-částice metodou RBS-channeling Study of crystalline materials containing nano-particles using RBS-channelingDisertační prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.nanotechnologiePříprava nano-struktur metodou iontové implantace je v současné době velmi používaná technologie. Implantace iontů vzácných zemin do krystalických materiálů je progresivní způsob, jak vytvořit materiály s význačnými optickými a luminiscenčními vlastnostmi Aplikace těchto materiálů ve fotonice a spintronice je velmi perspektivní. Analytická metoda RBS – channeling je založena na kanálování nabité částice v periodickém potenciálu krystalické mřížky, kdy částice prochází mnoha rozptyly pod malými úhly a pohybuje se tak, že výtěžek ve spektru zpětně odražených iontů prudce klesá. Skenováním výtěžku rozptylu v závislosti na úhlu vzhledem k axiální ose kanálu získáme informace o polohách atomů v intersticiálních polohách a přítomnosti defektů v krystalu. Úkolem doktorské práce bude příprava nano-struktur metodou iontové implantace, charakterizace připravených nano-struktur metodami RBS, RBS – channeling a simulace výtěžku iontů podél jednotlivých krystalografických orientací s aplikací na strukturní analýzu těchto materiálů. Na výše zmíněné problematice spolupracujeme s pracovišti VŠCHT Praha, Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf a Physical-Technical Institute, Kazan, kde se předpokládají stáže doktoranda.
Annotation: Nano-structure deposition using ion implantation technique is very promising technology nowadays. Rare earth ion implantation into crystalline materials serves as a progressive way to develop new materials with the extraordinary optical and luminescent properties. RBS channeling analytical method is based on the charged particle channeling in the periodic potential of crystalline atom rows. The penetrating ion beam is focused in the forward direction and the back-scattering probability decreases significantly, thus the yield of the back-scattered ions in the spectra is descending function of the incoming beam angle. Following the back-scattered ion yield in dependence to the incoming angle of ions gives us information about the impurity atoms positions, disordered atoms in the interstitials positions etc. The main goal of the proposed work will be the preparation of the nano-structures by means of the ion implantation, characterization of the prepared nano-structures by RBS and RBS channeling and the simulation of ion yields according to the different crystallographic orientations.

Funkční nanomateriály pro optiku, fotoniku a spintroniku připravených metodou iontové implantace Functional nanomaterials for optics, photonics and spintronics prepared by ion implantationDisertační prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.nanotechnologiePředmětem doktorské práce je výzkum nových materiálů pro optiku a elektroniku založených na iontové modifikaci a dopaci různých uhlíkových struktur. Sledovány budou nové způsoby dotace těchto struktur z hlediska modifikace materiálu, strukturálních změn a následných elektrických a optických vlastností. Cílem bude i příprava tenkých polymerních, opticky aktivních organických vrstev, charakterizace uhlíkových alotropů po ozáření energetickými ionty. U připravených materiálů bude sledován vliv koncentrace a distribuce dopantů na optické a elektrické vlastnosti. Pro nedestruktivní analýzy připravených vrstev bude použita metoda Rutherfordova zpětného rozptylu iontů (RBS) s dalšími jadernými analytickými metodami (ERDA, PIXE).
Annotation:The main goal of this work will be the study of new, progressive materials for optical applications based on carbon structures. The structural changes, new doping technologies will be used to modify the carbon based structure to get the new optical and electrical properties. The important task will be the preparation of the thin polymeric or carbon based optical active structures. In the prepared structures will be studied the structural changes, compositional changes and dopant profiles using nuclear analytical methods (RBS, ERDA and PIXE) and the consequences of above mentioned to the electrical and optical properties.

Využití iontové mikrosondy k analýzám a modifikacím materiálů Ion microprobe application on characterization and modification of materialsDisertační prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.nanotechnologieJaderné analytické metody na svazcích urychlených iontů mají široké využití při analýzách vzorků tenkých povrchových vrstev, vzorků atmosférických aerosolů, archeologických vzorků, biologických a geologických vzorků a v řadě dalších oblastí. V iontové mikrosondě je svazek urychlených iontů dále fokusován speciální iontovou optikou na velikost menší než 1mikron. Iontový mikrosvazek nabízí jedinečnou možnost laterálního skenování vzorku a provádění kvalitativní a kvantitativní analýzy metodami RBS (Rutherford Backscattering Spektroskopy), PIXE (Particle Induced X-ray Emission), PIGE (Particle Induced Gamma-ray Emission) a STIM (Scanning Trasmission Ion Microscopy) s rozlišením menším než 1mikron. Doktorand se bude podílet na rozvoji a implementaci jaderných analytických metod v podmínkách simultánních analýz na širokém svazku i na iontové mikrosondě. Dále se bude zabývat aplikacemi iontové mikrosondy pro modifikaci a analýzu materiálů, rozvojem softwaru pro prvkové mapování s využitím mikrosondy.
Annotation: Nuclear analytical methods have very broad field of applications as the characterization of thin layers, aerosols, archaeological artefacts, biological and geological science application. Ion microprobe is a beam of energetic ions which is focused using special ion optics to the 1 micrometer dimension. Ion microprobe enables us to provide a lateral scanning and to realize a qualitative and quantitative analysis by RBS (Rutherford Backscattering Spectroscopy), PIXE (Particle Induced X-ray Emission), PIGE (Particle Induced Gamma-ray Emission) and STIM (Scanning Transmission Ion Microscopy) with lateral resolution better than 1 micron. The main goal of this work will be the development and implementation of nuclear analytical methods under the condition of the simultaneous analysis using either broad or focused ion beam. Further will be work focused on the modification of materials using focused heavy ion beam (Ion Beam Writing) and software development for this task.
Nanostrukturování povrchů materiálů vysokoenergetickými iontyBakalářská práce, Diplomová prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.nanotechnologieIontová implantace s využitím energetických iontů urychlovače Tandetron v ÚJF AV ČR je univerzální metoda pro přípravu nanostrukturovaných povrchů v nejrůznějších materiálech. Především ionty s vysokým lineárním přenosem energie a větší hmotností umožňují cíleně modifikovat povrch např. polovodičů ZnO, GaN, Si, ale také materiálů na bázi uhlíku (grafén oxid, polymery) a vytvářet žádanou morfologii povrchu, která následně vede k zásadní změně mechanických, optických i senzorických vlastností materiálu. Budeme studovat modifikaci povrchové morfologie, optických, elektrických a mechanických vlastností materiálů (Si, ZnO, GaN, polymery, grafén oxid) pod vlivem ozáření vysokoenergetickými ionty Ag, Au, Si, Cu (s energiemi 10-30 MeV). Výsledné nanostrukturované povrchy budou zkoumány mikroskopickými metodami AFM, SEM a dále iontovými analytickými metodami (RBS-C, ERDA), rentgenovskou difrakcí (XRD) a Ramanovskou spektroskopií, testováním smáčivosti povrchů a optickou spektroskopií.

okročilé metody studia toxicity nanomateriálů na 3D in vitro modelechBakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jan Malý, Ph.DnanotechnologieINFO u školitele
Návrh a testování mikrobioreaktorů pro kultivaci 3D buněčných kulturBakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jan Malý, PhDnanotechnologieINFO u školitele
Studium využití karbosilanových glykodendrimerů v cílené dopravě léčiv Bakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jan Malý, PhDnanotechnologieINFO u školitele
Studium využití kapičkové mikrofluidiky pro enkapsulaci a kultivaci buněk.Bakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jan Malý, PhDnanotechnologieINFO u školitele
Izolace a charakterizace exosomů z živočišných buněkBakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jan Malý, PhDnanotechnologieINFO u školitele
Studium interakcí dendrimerů s modelovými lipidickými membránami a proteiny biofyzikálními technikamiBakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jan Malý, PhDnanotechnologieINFO u školitele
Polymerní nanovlákenné membrány pro separaci plynůBakalářská práce, Diplomová práceprof. RNDr, Pavla Čapková, DrSCMgr. Petr Ryšánek, PhDnanotechnologieBude proveden screening chemických látek vhodných pro modifikaci nanovláken pro účely separace plynů a pro vybrané látky bude optimalizovaná technologie zvláknění.
Plazmo-chemické modifikace polymerních nanovlákenných membrán pro záchyt CO2. Bakalářská práce, Diplomová práceprof. RNDr, Pavla Čapková, DrSCnanotechnologiePlazmo-chemické modifikace polymerních nanovlákenných membrán připravených elektrostatickým zvlákněním budou směřovat k záchytu CO2 na membránách.
Polymerní nanovlákenné funkční membrány pro separaci plynů Polymeric nanofibrous functional membranes for gas separationDisertační práceprof. RNDr. Pavla Čapková, DrScMgr. Petr Ryšánek, PhD nanotechnologieVýzkum bude cílený na vývoj a charakterizaci chemicky modifikovaných polymerních nanovlákenných textilií pro separace plynů se zaměřením na záchyt CO2. Bude provedena optimalizace technologie chemické modifikace a srovnání různých metod zvláknění. Práce bude zahrnovat i screening vhodných modifikujících látek a charakterizaci a testy funkčnosti membrán.
Annotation:
Research will be targeted on the development and characterization of chemically modified polymeric nanofiber textiles for gas separation with a focus on CO2 capture. Optimization of chemical modification technology and comparison of different spinning methods will be performed. The work will also include screening of suitable modifiers and characterization and testing of membrane functionality.
Nanokompozitní nanovlákenné membrány pro záchyt vodíku z odpadních plynů/ Nanocomposite nanofiber membranes for hydrogen capture from waste gasesDisertační práceprof. RNDr. Pavla Čapková, DrScMgr. Petr Ryšánek, PhD nanotechnologieNanokompozity na bázi polymerních nanovláken s ukotvenými nanočásticemi kovů budou připravovány pro záchyt a zpětné využití vodíku z odpadních plynů. Budou hledány nejvhodnější technologie zvláknění (elektrostatické/centrifugální) a technologie plazmo-chemické modifikace nanovláken pro stabilní ukotvení nanočástic. Součástí práce bude charakterizace nanovlákenných membrán a testy jejich stability a funkčnosti.
Annotation:
Nanocomposites based on polymer nanofibers with anchored metal nanoparticles will be prepared for the capture and reuse of hydrogen from waste gases. Research will include the search for the most suitable spinning technology (electrostatic / centrifugal) and plasma treatment of nanofibres for the stable anchoring of the nanoparticles. Important part of the work will be the membranes characterization and functionality tests.
Studium biologických účinků nových typů karbosilanových dendrimerů The study of biological effects of new types of carbosilane dendrimersDisertační práceRNDr. Jan Malý, PhDdoc.RNDr. Marek Malý, PhDnanotechnologieCílem práce bude studovat vliv typu, generace a povrchových modifikací polymerních nanočástic, tzv. karbosilanových dendrimerů na interakci s modelovými biologickými membránami (lipozómy, sBLM, buněčné membrány), modelovými buněčnými kulturami a vybranými biomakromolekulami (peptidy, nukleové kyseliny). Ke studiu budou využity dendrimery připravené v laboratořích spolupracujících partnerů (v ČR tak i v zahraničí) s potenciálem jejich biomedicínského využití např. v oblasti cílené dopravy léčiv či diagnostiky. Předpokládá se využití zejména biofyzikálních metod (např. spektro-fluorimetrie, mikroskopie atomárních sil, dynamický rozptyl světla, stanovení elektro-kinetického potenciálu, elektroforéza atp.) a provádění experimentů na modelových buněčných liniích (studium cytotoxicity a transfekce, využití průtokové cytometrie, fluorescenční mikroskopie atp.). Tyto techniky jsou dostupné na pracovišti UJEP. V rámci studia se předpokládá zahraniční stáž na některém ze spolupracujících pracovišť. Práce je finančně podpořena řešeným projektem GAČR.
Annotation: The aim of this project is to study the effect of type, generation and and surface modification of carbosilane denrimeric nanoparticles on interaction with model biological membranes (liposomes, sBLM, cell membranes) and the selected cell cultures biomacromolecules (peptides, nucleic acids). Materials will be prepared with regard to their potential biomedical uses, i.e. in targeted drug delivery and diagnostics and characterized by biophysical methods (e.g. fluorimetry spectroscopy, atomic force microscopy, fluorescence microscopy, dynamic light scattering, the determination of the electro-kinetic potential, electrophoresis) and by cytotoxicity, transfection studies, flow cytometry, etc
Vysoce hydrofobní povrchy na materiálech kompatibilních s lab-on-a-chip (LOC )Bakalářská práce, Diplomová prácedoc. Ing. Martin Kormunda, Ph.D.nanotechnologie, experimentální fyzikaCílem práce je výzkum a příprava tenkých vrstev s super hydrofobními vlastnostmi na různé substráty běžné v biočipech.
HIPIMs naprašování tenkých vrstev pro povlakování prostorových strukturDiplomová prácedoc. Ing. Martin Kormunda, Ph.D.nanotechnologie, experimentální fyzikaCílem práce je výzkum v oblasti aplikací metody naprašování tenkých vrstev metodou HIPIMS, práce bude zaměřena na základní postupy vytváření kovových a oxidových povlaků na ploché modelové i strukturované vzorky.
Výzkum moderních materiálů na bázi oxidů pomocí elektronových spektroskopiíBakalářská práce, Diplomová prácedoc. Ing. Martin Kormunda, Ph.D.nanotechnologie, experimentální fyzikaCílem práce je zvládnutí metod elektronové spektroskopie se zaměření na oxidy kovů.
Magnetronové naprašování transparentních vodivých oxidů bez IndiaBakalářská práce, Diplomová prácedoc. Ing. Martin Kormunda, Ph.D.nanotechnologie, experimentální fyzikaCílem práce je příprava tenkých vrstev na bázi oxidů kovů s dobrými elektrickými i optickými vlastnosti a to zejména na teplotně citlivé substráty, pro aplikace v flexibilní elektronice a podobně.
Příprava bimetalických nanočástic v krystalických materiálech pomocí iontových svazkůDiplomová práce, Disertační prácedoc. RNDr. Anna Macková, PhD.nanotechnologie, experimentální fyzikaCílem projektu je modifikace vlastností krystalických polovodičů pomocí bimetalických nanočástic připravených metodou iontové implantace. Nanostrukturování materiálů pomocí nanočástic kovů je vzhledem k jejich vlastnostem v současné době velmi perspektivní problematika. Významná je zejména modifikace polovodičových materiálů využívaných v optice a elektronice. Důležitými materiály jsou především wurtzitové krystaly nitrid galitý (GaN) a oxid zinečnatý (ZnO). Oba dva se řadí mezi polovodiče s přímým a poměrně širokým zakázaným pásem a vysokou vazebnou energií excitonů. Díky těmto vlastnostem mají GaN a ZnO význačné optické vlastnosti, které se dají využít zejména v oblasti svítivých diod, laserů, detektorů, solárních článků, nebo pak pro přípravu různých senzorů a biosenzorů.Nanostrukturování pomocí kovových nanočástic umožňuje modulovat optické vlastnosti polovodičů a rozšířit potenciál jejich využití v aplikacích využívajících oblast viditelného světla. Nanočástice zlata a stříbra (Au-NPs a Ag-NPs) pak představují specifickou skupinu kovových částic, které vynikají díky silné povrchové plazmonové rezonanci (SPR) právě v oblasti viditelného světla. SPR způsobuje specifické chování materiálu při ozáření světlem, jako je například silná absorbance záření v určitých oblastech spektra vlnových délek, která se odvíjí od velikosti, ale i povahy nanočástic. V současnosti se dále ukazuje, že nanočástice kombinující několika různých kovů (například Ag/Au, Ag/Pt, Au/Pt, Au/Ni) značně ovlivňují výsledné optické vlastnosti materiálu a můžou být použita pro jemnou modulaci SPR, kdy je možné ovlivnit pozici i tvar SPR maxima v širokém rozmezí vlnových délek viditelného světla. Takovéto bimetalické nanočástice mohou vytvářet tři typy struktur a to směs monometalických nanočástic, nanočástice tvořené slitinou použitých kovů (alloy-like) a core-shell nanočástice, kdy jeden kov tvoří jádro a je obklopen atomy druhého kovu. Různé typy nanočástic vykazují odlišné vlastnosti, nicméně otázka přípravy specifického typu není stále kompletně vyřešena a je ovlivněna spoustou různých faktorů, jako je například mísitelnost jednotlivých kovů, poměr jednotlivých prvků a způsob přípravy. Cílem práce bude příprava bi-metalických částic v ZnO a GaN iontovou implantací s využitím urychlovače tandetron v ÚJF AVČR, ve spolupráci s HZDR Dresden-Rossendorf, Německo a charakterizace bude prováděna iontovými analytickými metodami RBS-C, ERDA, elektronovou mikroskopií SEM, TEM a AFM, dále optickou spektroskopií, luminiscenčními metodami a rentgenovskou difrakcí a dalšími metodami ve spolupráci s VŠCHT a UJEP.
Tenké vrstvy plazmových polymerůBakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jindřich Matoušek, Ph.D.nanotechnologie, experimentální fyzikaStudent se seznámí s depozičními technikami s pomocí plazmatu. Bude samostatně provádět depozice plazmových polymerů na vakuové aparatuře a následně provádět analýzu vytvořených tenkých vrstev různými analytickými metodami.
Plazmatické modifikace práškových materiálů či osivBakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jindřich Matoušek, Ph.D.nanotechnologie, experimentální fyzikaStudent se seznámí s plazmatickými modifikacemi materiálů. Modifikace práškových materiálů či osiv pak budou prováděny v tubulárním reaktoru (tzv. vznosový reaktor). Následně bude na vzorcích student provádět analýzy různými analytickými technikami.
Antifouling povlaky na LOC kompatibilních materiálechBakalářská práce, Diplomová práceMgr. Jindřich Matoušek, Ph.D.nanotechnologie, experimentální fyzikaCílem práce je příprava a optimalizace tenkých vrstev na různé substráty s antifouling vlastnostmi.
Příprava mikro-senzorů a mikro-kondenzátorů na bázi polymerů a grafen oxidu iontovou litografiíBakalářská práceMrg. Petr Malinský, Ph.D.nanotechnologie, experimentální fyzikaZávěrečná práce bude zaměřena na přípravu kondenzátoru podobných struktur v povrchových vrstvách grafen oxidu a polymerů metodou přímé iontové litografie (bez použití masky). Vybrané nevodivé fólie budou ozařovány v Ústavu jaderné fyziky AVČR, v.v.i svazky lehkých a středně těžkých iontů s rozlišením v řádu mikrometrů. Toto iontové záření v nevodivé matrici vede ke karbonizaci/deoxidaci/dehydrogenaci, což lokálně zvýšuje vodivost modifikovaných částí. Ozářené vodivé části pak mohou fungovat jako elektrody kondenzátoru/senzoru a neozářené části jsou dielektrikem. Po ozáření lze studovat změny v prvkovém složení, elektronové struktuře a povrchových vlastnostech připravených vzorků. Lze měřit elektrické vlastnosti připravených struktur (el. odpor, vodivost, kapacita) a také lze studovat odezvu připravených struktur na změnu okolní atmosféry (vlhkost, plyny, znečištění).
Molekulární simulace krystalů anorganických solíDiplomová prácedoc. RNDr. Filip Moučka, Ph.D.počítačové modelováníDiplomová práce si klade za cíl systematicky zkoumat chování krystalů solí halogenidů alkalických kovů pomocí molekulárních simulací s použitím moderních modelů mezičásticových interakcí. Zkoumány budou soli za různých termodynamických podmínek, odpovídajících různým plymorfům a hydrátům solí.
Studium struktury přesycené vodní páryBakalářská prácedoc. RNDr. Filip Moučka, Ph.D.počítačové modelováníCílem bakalářské práce je charakterizovat strukturu shluků molekul v přesycené vodní páře za různých termodynamických podmínek pomocí molekulárních simulací a jejich analýz, zahrnující vhodné metody pro rozpoznání shluků a pro popis jejich tvaru i vzájemného rozmístění v objemu.
Implementace hybridních MC-MD metod pro simulace vodných roztoků elektrolytůDiplomová prácedoc. RNDr. Filip Moučka, Ph.D.počítačové modelováníDiplomová práce si klade za cíl vyvinout vlastní program pro molekulární simulace vodných roztoků jednoduchých elektrolytů využívající principu hybridních MC-MD metod.
Molekulární simulace elektrolytů a jejich vodných roztokůDisertační prácedoc. RNDr. Filip Moučka, Ph.D.počítačové modelováníCílem dizertační práce bude rozvíjet metody a modely potřebné pro molekulární simulace alektrolytů a jejich vodných roztoklů a přispět k pochopení jejich chování na mikroskopické úrovni. Zejména je cílem přispět k pochopení vlivu polarizovatelnosti modelů a jejich schopnosti popsat přenos náboje mezi částicemi na chování jejich krystalů včetně hydrátů, jejich vodných roztoků a rozpustnosti.
Vztah mikroskopické struktury krystalů a koncentrovaných vodných roztoků elektrolytůBakalářská práce, Diplomová práceDoc. RNDr. Filip Moučka, Ph.D.počítačové modelováníVodné roztoky elektrolytů patří mezi nejdůležitější látky na Zemi. Nejtypičtějším příkladem jsou soli rozpuštěné ve vodě, kde disociují na jednotlivé ionty. Maximální koncentraci elektrolytu, kterou je rozpouštědlo schopno pojmout, nazýváme rozpustností. Za vyšších koncentrací dochází ke srážení krystalického elektrolytu z roztoku. Vznikající krystal může nabývat různých struktur v závislosti na okolních termodynamických podmínkách. Experimentálně je však strukturu roztoků téměř nemožné studovat, zatímco počítačové simulace poskytují přímý pohled na tyto struktury. Cílem této práce je porovnat struktury nasycených vodných roztoků halogenidů alkalických kovů s jejich krystaly na základě počítačových simulací nejpřesnějších dostupných modelů, a to za různých teplot, při kterých vznikají různé hydráty solí.
Počítačové modelování krystalů a tavenin solí s využitím grafikých výpočetních jednotek (GPU)Bakalářská práce, Diplomová práceDoc. RNDr. Filip Moučka, Ph.D.počítačové modelováníTaveniny a krystaly solí patří mezi technologicky zajímavé látky zejména v oblasti chlazení systémů za vysokých teplot. Mikroskopické pochopení a modelování těchto látek vyžaduje použití polarizovatelných modelů, jejichž počítačové simulace jsou velmi výpočetně náročné. Cílem práce je vyvinout vlastní simulační program vhodný pro simulace těchto látek využívající masivní paralelizace grafických výpočetních jednotek pomocí programovacího jazyka CUDA a metody Monte Carlo.
Využití evolučních algoritmů a simulovaného žíhání ve vědě a technice Bakalářská práce, Diplomová prácedoc. RNDr. Marek Malý, Ph.D.počítačové modelováníVyužití těchto optimalizačních algoritmů ve vědě a technice bude demonstrováno na vybraném problému či problémech. Autor vyloží použitý algoritmus, provede rozbor řešeného problému včetně konkrétní aplikace zvoleného optimalizačního algoritmu a realizuje jeho řešení pomocí vlastních programů (tedy vlastnoručně naprogramovaných v některém prog. jazyce: Fortran, C/C++/C#, Python, Matlab … včetně případného využití specializovaných vývojových prostředí), popř. vhodně kombinovaných/doplněných relevantním dostupným software (specializované programy, knihovny).
Využití umělých neuronových sítí ve vědě a technice Bakalářská práce, Diplomová prácedoc. RNDr. Marek Malý, Ph.D.počítačové modelováníVyužití konkrétního typu (popř. několika různých typů) umělé neuronové sítě ve vědě a technice bude demonstrováno na vybraném problému či problémech (např. v oblastech zpracování obrazu, analýzy popř. transformace signálů, analýzy/klasifikace multidimenzionálních dat, predikce aj.). Autor popíše použité architektury neuronových sítí a vysvětlí princip jejich fungování. Dále provede rozbor řešeného problému včetně konkrétní aplikace zvoleného typu neuronové sítě a realizuje jeho řešení pomocí vlastních programů (tedy vlastnoručně naprogramovaných v některém prog. jazyce: Fortran, C/C++/C#, Python, Matlab … včetně případného využití specializovaných vývojových prostředí), popř. vhodně kombinovaných/doplněných dalším dostupným software (specializované programy, knihovny).
Molekulární simulace jednoduchých tekutin v modelových nanopórechBakalářská práceprof. Ing. Martin Lísal, DSc.počítačové modelováníPokud bychom se zmenšili na velikost nanometrů a vstoupili do světa mikropórů (<2nm) a mesopórů (2-50nm), viděli bychom, že vlastnosti tekutin se výrazně liší od vlastností jak je známe v objemové fázi. Voda v uhlíkových nanopórech by se například vařila při teplotě nižší než 100oC a zamrzala při teplotě hluboko pod 0oC. Výrazné a často kontraintuitivní změny vlastností tekutin v nanoprostoru jsou způsobeny atomárními silami mezi tekutinou a atomy, které tvoří povrchy nanopórů. Důsledkem dominujících molekulárních interakcí mezi tekutinou a nanopóry je nehomogenost hustoty tekutin, která spolu s molekulárními interakcemi mezi tekutinou a nanopóry vede ke změně strukturních, termodynamických a transportních vlastností jako i ke specifickému fázovému chování tekutin v nanoprostoru. Molekulární simulace pomocí Monte Carlo (MC) metod a metod molekulární dynamiky (MD) jsou ideálním nástrojem zkoumání chování tekutin v nanoprostoru a mohou nahradit či doplnit reálný experiment.
V rámci bakalářské práce se nejdříve naučíte simulovat jednoduché tekutiny tvořené jednoatomovými molekulami či víceatomovými rigidními molekulami v modelových nanopórech (slity, cylindrické póry) pomocí MC a MD metod. Pomocí molekulárních simulací pak budete studovat strukturní, termormodynamické a transportní vlastnosti jako i fázové chování jednoduchých tekutin a jejich směsí v modelových nanopórech. To zahrnuje:
a) adsorpci jednoduchých tekutin v modelových mikropórech a mesopórech,
b) strukturu a samo-difuzi jednoduchých tekutin v modelových mikropórech a mesopórech,
c) transport jednoduchých tekutin v modelových mikropórech a mesopórech.
Molekulární simulace budou primárně realizovány pomocí GNU programů (LAMMPS, towhee, Cassandra) a následný post-procesing pomocí vlastních programů. Od studenta se tedy vyžaduje znalost skriptování a programování.
Molekulární simulace tekutin v nanopórechDiplomová práceprof. Ing. Martin Lísal, DSc.počítačové modelováníPokud bychom se zmenšili na velikost nanometrů a vstoupili do světa mikropórů (<2nm) a mesopórů (2-50nm), viděli bychom, že vlastnosti tekutin se výrazně liší od vlastností jak je známe v objemové fázi. Voda v uhlíkových nanopórech by se například vařila při teplotě nižší než 100oC a zamrzala při teplotě hluboko pod 0oC. Výrazné a často kontraintuitivní změny vlastností tekutin v nanoprostoru jsou způsobeny atomárními silami mezi tekutinou a atomy, které tvoří povrchy nanopórů. Důsledkem dominujících molekulárních interakcí mezi tekutinou a nanopóry je nehomogenost hustoty tekutin, která spolu s molekulárními interakcemi mezi tekutinou a nanopóry vede ke změně strukturních, termodynamických a transportních vlastností jako i ke specifickému fázovému chování tekutin v nanoprostoru. Molekulární simulace pomocí Monte Carlo (MC) metod a metod molekulární dynamiky (MD) jsou ideálním nástrojem zkoumání chování tekutin v nanoprostoru a mohou nahradit či doplnit reálný experiment.
V rámci diplomové práce se nejdříve naučíte simulovat reálné tekutiny tvořené nepolárními i polárními rigidními a semi-rigidními molekulami v nanopórech jakými jsou slity, vícevrstvé slity a cylindrické póry pomocí MC metod a metod rovnovážné a nerovnovážné MD. Pomocí molekulárních simulací pak budete studovat strukturní, termormodynamické a transportní vlastnosti jako i fázové chování reálných tekutin a jejich směsí v nanopórech. To zahrnuje:
a) adsorpci tekutin (např. grandkanonické MC simulace krátkých alkanů a CO2 v uhlíkových či minerálních nanopórech),
b) struktura a samo-difuzi tekutin (např. MD simulace krátkých alkanů a CO2 v uhlíkových či minerálních nanopórech, MD simulace vodných roztoků elektrolytů v grafenových nanopórech),
c) transport tekutin (např. nerovnovážné MD simulace krátkých alkanů a CO2 v uhlíkových či minerálních nanopórech, nerovnovážné MD simulace vodných roztoků elektrolytů v grafenových nanopórech).
Molekulární simulace budou primárně realizovány pomocí GNU programů (LAMMPS, towhee, Cassandra) a následný post-procesing pomocí vlastních programů. Od studenta se tedy vyžaduje znalost skriptování a programování.
Molekulární simulace tekutin v nanoporézních materiálechDisertační práceprof. Ing. Martin Lísal, DSc.počítačové modelováníPokud bychom se zmenšili na velikost nanometrů a vstoupili do světa mikropórů (<2nm) a mesopórů (2-50nm), viděli bychom, že vlastnosti tekutin se výrazně liší od vlastností jak je známe v objemové fázi. Voda v uhlíkových nanopórech by se například vařila při teplotě nižší než 100oC a zamrzala při teplotě hluboko pod 0oC. Výrazné a často kontraintuitivní změny vlastností tekutin v nanoprostoru jsou způsobeny atomárními silami mezi tekutinou a atomy, které tvoří povrchy nanopórů. Důsledkem dominujících molekulárních interakcí mezi tekutinou a nanopóry je nehomogenost hustoty tekutin, která spolu s molekulárními interakcemi mezi tekutinou a nanopóry vede ke změně strukturních, termodynamických a transportních vlastností jako i ke specifickému fázovému chování tekutin v nanoprostoru. Molekulární simulace pomocí Monte Carlo (MC) metod a metod molekulární dynamiky (MD) jsou ideálním nástrojem zkoumání chování tekutin v nanoprostoru a mohou nahradit či doplnit reálný experiment.
V rámci disertační práce se nejdříve naučíte simulovat reálné tekutiny tvořené flexibilními molekulami v nanopórech porézních materiálů (hierarchické zeolity, aktivní uhlí, grafén, břidlice) pomocí MC metod a metod rovnovážné a nerovnovážné MD. Pomocí molekulárních simulací pak budete studovat strukturní, termormodynamické a transportní vlastnosti jako i fázové chování reálných tekutin a jejich směsí v nanoporézních materiálech. To zahrnuje:
a) adsorpci tekutin (např. grandkanonické MC simulace alkanů a CO2 v porézních materiálech s uhlíkovými či minerálními nanopóry),
b) strukturu a samo-difuzi tekutin (např. MD simulace alkanů a CO2 v porézních materiálech s uhlíkovými či minerálními nanopóry, MD simulace vodných roztoků elektrolytů v grafenových nanoporézních elektrodách),
c) transport tekutin (např. nerovnovážné MD simulace alkanů a CO2 v porézních materiálech s uhlíkovými či minerálními nanopóry, nerovnovážné MD simulace vodných roztoků elektrolytů v grafenových nanoporézních elektrodách).
Molekulární simulace budou primárně realizovány pomocí GNU programů (LAMMPS, towhee, Cassandra) a následný post-procesing pomocí vlastních programů. Od doktoranda se tedy vyžaduje znalost skriptování a programování.
Mesoskopické simulace samo-organizovaných nanostruktur blokových kopolymerůBakalářská práceprof. Ing. Martin Lísal, DSc.počítačové modelováníBlokové kopolymery jsou tvořeny nekompatibilními, kovalentně spojenými polymerními bloky. Blokové kopolymery mají schopnost se samo-organizovat do nanostruktur s různou morfologií: cylindrické, gyroidní a lamelární struktury. Morfologie nanostruktur závisí na poměru délek polymerních bloků, architektuře blokových kopolymerů a míře nekompatibility bloků. Mesoskopické simulace založené na disipativní částicové dynamice (DPD) jsou ideálním nástrojem predikce morfologie samo-organizovaných nanostruktur blokových kopolymerů. DPD simulace lze tedy použít jako komplementární nástroj při syntéze reálných blokových kopolymerů s cílenou morfologií nanostruktur.
V rámci bakalářské práce se nejdříve naučíte simulovat blokové kopolymery pomocí DPD. Pomocí mesoskopických simulací pak budete studovat a charekterizovat morfologii samo-organizovaných nanostruktur blokových kopolymerů. To zahrnuje:
a) cylindrické nanostruktury v rovnováze a mimo rovnováhu,
b) lamelární nanostruktury v rovnováze a mimo rovnováhu,
c) gyroidní nanostruktury.
DPD simulace budou primárně realizovány pomocí GNU programů (DL_MESO, LAMMPS) a následný post-procesing pomocí vlastních programů. Od studenta se tedy vyžaduje znalost skriptování a programování.
Mesoskopické simulace samo-organizovaných nanostruktur roztoků amfifilních molekul v objemové fázi a na fázových rozhraníDiplomová práceprof. Ing. Martin Lísal, DSc.počítačové modelováníAmfifilní molekuly, typicky surfaktanty, se skládají z části hydrofilní, představované polární skupinou, a z části hydrofobní, typicky tvořené uhlíkovým řetězcem. Amfifilní molekuly ve vodě mají schopnost v závislosti na jejich koncentraci se samo-organizovat do nanostruktur s různou morfologií: asociativní micely, cylindrické, gyroidní a lamelární struktury. Přidáním uhlovodíkových molekul do vodných roztoků amfifilních molekul se dosáhne preference lamelární morfologie. Amfifilní molekuly mají dále schopnost se hromadit na fázovém rozhraní (např. voda-vzduch či voda-olej), kde snižují mezifázové napětí. Mesoskopické simulace založené na disipativní částicové dynamice (DPD) jsou ideálním nástrojem predikce morfologie samo-organizovaných nanostruktur amfifilních molekul. DPD simulace lze tedy použít jako komplementární nástroj při syntéze reálných amfifilních molekul s cíleným samo-organizovaným chováním.
V rámci diplomové práce se nejdříve naučíte simulovat roztoky amfifilních molekul pomocí DPD. Pomocí mesoskopických simulací pak budete studovat a charekterizovat morfologii samo-organizovaných nanostruktur amfifilních molekul v roztocích a chování amfifilních molekul na fázových rozhraní. To zahrnuje:
a) asociativní micelizace surfaktantů ve vodě v rovnováze a mimo rovnováhu,
b) lamelární nanostruktury tvořené vodnými roztoky surfaktantů a alkanů,
c) surfaktanty na rozhraní dvou nemísitelných tekutin,
d) realistická dynamika mesoskopických modelů.
Mesoskopické simulace budou primárně realizovány pomocí GNU programů (DL_MESO, LAMMPS) a následný post-procesing pomocí vlastních programů. Od studenta se tedy vyžaduje znalost skriptování a programování.
Mesoskopické simulace samo-organizovaných nanostruktur roztoků amfifilních molekul v nanopórech a na pevných površíchDisertační práceprof. Ing. Martin Lísal, DSc.počítačové modelováníAmfifilní molekuly, typicky surfaktanty, se skládají z části hydrofilní, představované polární skupinou, a z části hydrofobní, typicky tvořené uhlíkovým řetězcem. Amfifilní molekuly ve vodě mají schopnost v závislosti na jejich koncentraci se samo-organizovat do nanostruktur s různou morfologií: asociativní micely, cylindrické, gyroidní a lamelární struktury. Samo-organizované chování vodných roztoků amfifilních molekul se může výrazně změnit v nanopórech nebo na rozhraní s pevnými povrchy. Důsledkem hydrofilních a hydrofobních interakcí mezi molekulami roztoku a pevným povrchem je vznik specifických povrchově-indukovaných samo-organizovaných nanostruktur. Mesoskopické simulace založené na disipativní částicové dynamice (DPD) jsou ideálním nástrojem predikce morfologie samo-organizovaných nanostruktur amfifilních molekul v nanoprostoru. DPD simulace lze tedy použít jako komplementární nástroj při syntéze reálných amfifilních molekul s cíleným samo-organizovaným chováním v nanoprostoru.
V rámci disertační práce se nejdříve naučíte simulovat roztoky amfifilních molekul v nanopórech nebo na rozhraní s pevnými povrchy pomocí DPD. Pomocí mesoskopických simulací pak budete studovat a charekterizovat morfologii samo-organizovaných nanostruktur amfifilních molekul v nanoprostoru. To zahrnuje:
a) samo-organizace vodných roztoků amfifilních molekul v hydrofilních a hydrofobních nanopórech v rovnováze a mimo rovnováhu,
b) asociativní micelizace surfaktantů v objemová fázi a na rozhraní s hydrofilními a hydrofobními pevnými povrchy,
c) interakce surfaktantů s pevnými povrchy modifikovanými polymerními kartáči,
d) interakce iontových surfaktantů a mastných alkoholů s pevnými povrchy modifikovanými polymerními kartáči v rovnováze a mimo rovnováhu.
Mesoskopické simulace budou primárně realizovány pomocí GNU programů (DL_MESO, LAMMPS) a následný post-procesing pomocí vlastních programů. Od doktoranda se tedy vyžaduje znalost skriptování a programování.
Mesoskopické simulace odezvy energetických materiálů na vnější impulzyDiplomová práceprof. Ing. Martin Lísal, DSc.počítačové modelováníEnergetické materiály (EM) jsou heterogenní systémy, jejichž chemická přeměna je provázena uvolňováním energie (exotermický rozklad či reakce). Působením vnějších impulzů, jakými jsou např. lokální skokové ohřátí nebo tlakové rázy, uvolňují EM energii nezávisle na okolí. Rychlost a množství uvolněné energie (detonace) závisí na chemické podstatě a struktuře EM. Iniciace detonace probíhá v řádech několika femtosekund, fragmentace molekul je ukončena v řádech několika pikosekund a rychlost detonace může dosahovat až několik kilometrů za sekundu. Experimentální studium mechanismu průběhu detonace je krajně obtížné. Běžný přístup termodynamiky je v těchto případech nepoužitelný, neboť jde v podstatě o nerovnovážný děj, u kterého se dá určit jen výchozí a konečný stav. Při studiu těchto rychlých detonačních dějů se proto využívají mesoskopické simulace pomocí metod disipativní částicové dynamiky při konstatní energii (GenDPDE).
V rámci diplomové práce se nejdříve naučíte simulovat EM pomocí GenDPDE. Pomocí mesoskopických simulací pak budete studovat a charekterizovat časovou odezvu modelů EM na vnější impulzy. To zahrnuje:
a) GenDPDE simulace skokového adiabatického ohřevu modelů EM,
b) GenDPDE simulace tlakových rázů v modelech EM,
c) GenDPDE simulace vlivu heterogenit v modelech EM na jejich odezvu na vnější impulzy.
Počítačové simulace budou primárně realizovány pomocí GNU programů (LAMMPS) a následný post-procesing pomocí vlastních programů. Od studenta se tedy vyžaduje znalost skriptování a programování.
Počítačové simulace odezvy energetických materiálů na vnější impulzyDisertační práceprof. Ing. Martin Lísal, DSc.počítačové modelováníEnergetické materiály (EM) jsou heterogenní systémy, jejichž chemická přeměna je provázena uvolňováním energie (exotermický rozklad či reakce). Působením vnějších impulzů, jakými jsou např. lokální skokové ohřátí nebo tlakové rázy, uvolňují EM energii nezávisle na okolí. Rychlost a množství uvolněné energie (detonace) závisí na chemické podstatě a struktuře EM. Iniciace detonace probíhá v řádech několika femtosekund, fragmentace molekul je ukončena v řádech několika pikosekund a rychlost detonace může dosahovat až několik kilometrů za sekundu. Experimentální studium mechanismu průběhu detonace je krajně obtížné. Běžný přístup termodynamiky je v těchto případech nepoužitelný, neboť jde v podstatě o nerovnovážný děj, u kterého se dá určit jen výchozí a konečný stav. Při studiu těchto rychlých detonačních dějů se proto využívají počítačové simulace pomocí metod reaktivní molekulární dynamiky (ReaxFF-MD) a disipativní částicové dynamiky při konstatní energii (GenDPDE).
V rámci disertační práce se nejdříve naučíte simulovat EM pomocí ReaxFF-MD a GenDPDE. Pomocí počítačových simulací pak budete studovat a charekterizovat časovou odezvu modelů EM na vnější impulzy. To zahrnuje:
a) ReaxFF-MD a GenDPDE simulace skokového adiabatického ohřevu modelů EM,
b) ReaxFF-MD a GenDPDE simulace tlakových rázů v modelech EM,
c) ReaxFF-MD a GenDPDE simulace vlivu heterogenit v modelech EM na jejich odezvu na vnější impulzy.
Počítačové simulace budou primárně realizovány pomocí GNU programů (LAMMPS) a následný post-procesing pomocí vlastních programů. Od studenta se tedy vyžaduje znalost skriptování a programování.
Možnosti filtrace prostorových distribučních funkcí pro určování mezimolekulárních vazeb v molekulárních simulacích Bakalářská práceRNDr. Jan Dočkal, Ph.D.počítačové modelováníCílem práce je zkoumat a porovnávat různé metody filtrace distribučních funkcí pro identifikaci a kvantifikaci mezimolekulárních interakcí mezi molekulami v simulovaných systémech.
Struktura velmi vysoce koncentrovaných vodných roztoků halogenidů alkalických kovů.Bakalářská práce, Diplomová práceDoc. RNDr. Filip Moučka, Ph.D.počítačové modelování, didaktika fyzikyRozpustnost některých solí ve vodě nabývá velmi vysokých hodnot. Například rozpustnost fluoridu rubidného je téměř čtyřnásobná oproti rozpustnosti chloridu sodného. V takto koncentrovaných roztocích zřejmě vzniká nekonečný shluk iontů propojených skrze celý objem roztoku a zároveň zaniká tetraedrické uspořádání částic, které je jinak téměř univerzální vlastností vody a vodných roztoků. Tyto vlastnosti je téměř nemožné studovat experimentálně. Cílem práce je popsat strukturu extrémně koncentrovaných roztoků vybraných halogenidů alkalických kovů pomocí počítačových simulací nejpřesnějších polarizovatelných modelů, případně výsledky práce (didaktika fyziky) rozvinout k připomenutí a výkladu pojmů z termiky, termodynamiky, statistické fyziky, nebo molekulové fyziky.
Struktura velmi chladných a podchlazených vodných roztoků solí v okolí maxima hustotyBakalářská práce, Diplomová práceDoc. RNDr. Filip Moučka, Ph.D.počítačové modelování, didaktika fyzikyVoda vykazuje za nízkých teplot anomální chování, zejména pak maximum hustoty jako funkce teploty. Přidáním různých solí do vody se poloha tohoto maxima a zároveň i bod tání posouvá. Cílem práce je zkoumat změny v sítí vodíkových a dalších nekovalentních vazeb mezi částicemi zkoumané tekutiny v okolí teploty tání a maxima hustoty pomocí počítačových simulací nejpřesnějších dostupných modelů, případně výsledky práce (didaktika fyziky) rozvinout k připomenutí a výkladu pojmů z termiky a molekulové fyziky.
Trajektorie monopostu F1 na reálných závodních okruzíchBakalářská práce, Diplomová práceDoc. RNDr. Filip Moučka, Ph.D.počítačové modelování, didaktika fyzikyCílem práce je popsat mechanický pohyb závodního monopostu F1 pomocí fyzikálních zákonů známých studentům středních škol, sestavit počítačový program simulující pohyb monopostu po závodním okruhu sestaveného pomocí reálných mapových dat, nalézt optimální závodní stopu monopostu, porovnat s reálnými trajektoriemi z fotografií nebo TV přenosů a úlohu využít k připomenutí, ilustraci nebo výkladu rovnic mechaniky (didaktika fyziky), třecí síly, výkonu, aerodynamického odporu a přítlaku, dostředivého zrychlení, intuitivního pohledu na diferenciální a vektorový počet a případně (počítačové modelování) numerické matematiky či optimalizačních algoritmů.


Proč ne/létají letadla.Bakalářská práceRNDr. Jan Dočkal, Ph.D.počítačové modelování, didaktika fyzikyCílem práce je odhalit v literatuře se vyskytující miskoncepce ohledně principu generování vztlaku letadly a fyzikálně zdůvodnit jejich neplatnost nebo použité přílišné zjednodušení a toto demonstrovat na jednoduchých, snadno proveditelných experimentech. Součástí práce je také návrh způsobu korektního výkladu tohoto tématu při výuce na ZŠ a SŠ. Výsledky a závěry by měli být podloženy CFD simulacemi.
Molekulární simulace dendrimerů pro biomedicínské aplikace Bakalářská práce, Diplomová práce, Disertační prácedoc. RNDr. Marek Malý, Ph.D.počítačové modelování, nanotechnologieStudium dendrimerů, dendronů či komplexnějších dendrimerních konjugátů ve vodném prostředí a jejich interakcí s biomolekulami (proteiny, nukleové kyseliny, lipidy), či dalšími medicínsky relevantními molekulami metodou molekulárních simulací. Motivace: využití dendrimerů pro biomedicínské účely (nosiče léčiv, virostatika, baktericidy, bioanalytika). Doporučený termín pro zadání této práce je minimálně rok a půl před plánovanou obhajobou !
Vliv okrajových podmínek na řešení difuzních rovnicBakalářská práceMgr. Stanislav Pařez, Ph.D.počítačové modelování, teoretická fyzikaDifuze je univerzálním transportním jevem, který kontroluje nespočet procesů v přírodě a průmyslu. Difuze kontroluje koncentraci chemických látek v rozpouštědlech, transport tekutin v permeabilním prostředí i osmotické procesy v živém světě. Znalost kinetiky difuze nám umožňuje řídit katalytické a enzymatické reakce v chemickém průmyslu a medicíně, navrhovat reaktory nebo např. získávat teplo z nitra země pomoci hydraulické stimulace. Difuzní rovnice je bez nadsázky jedním z nejčastěji řešených problémů ve vědě a technice.
Přestože se jedná o jedinou rovnici, která kontroluje výše zmíněné procesy, její řešení nabývá různých tvarů v závislosti na parametrech rovnice (difuzní konstanta), zdrojových členech a okrajových podmínkách. Cílem práce je především pochopit vliv parametrů rovnice, zdrojových členů a okrajových podmínek na vlastnosti řešení (difuzní profily) a systematicky odhadnout časové a prostorové škály, na kterých se difuzní proces odehrává.
Práce zahrnuje:
• Seznámení se s analytickými a numerickými metodami řešení parciálních diferenciálních rovnic.
• Aktivní používání dostupného softwaru (Matlab, Mathematica, apod.) popřípadě vlastního programu pro řešení diferenciálních rovnic včetně schopnosti implementovat různé zdrojové členy a okrajové podmínky.
• Návrh a provedení virtuálních difúzních experimentů. Analýza tranzientního chovaní i ustáleného stavu. Vliv jednotlivých parametrů na dynamiku difuze a vlastnosti ustáleného stavu. Srovnaní s dostupnými analytickými řešeními.
• Dimenzionální analýza rovnic. Předpověď škálování řešení při změně parametrů nebo domény.

Výhodou (nikoliv však nutnou podmínkou) je základní znalost řešení diferenciálních rovnic a programovaní. Práce je zamýšlena jako průprava metodami teoretické fyziky, ale zároveň má důležitý praktický význam. Očekávaným výsledkem je kvalitativní i kvantitativní předpověď ustáleného (koncového) stavu pro zadaný počáteční stav (např. rozložení koncentrace), a také předpověď doby, za kterou se ustálený stav realizuje, nebo vzdálenosti, do jaké se počáteční signál rozšíří. Dalším užitečným výstupem bude přehled a porovnaní řešení pro specifické (generické) zdrojové členy (např. konstantní, lineární, oscilující) a okrajové podmínky (konstantní hodnota studované veličiny vs. konstantní tok). Taková řešení nejsou běžnou součástí vědecko-naučné literatury (na rozdíl od rutinně známé difuze bodového a časově omezeného zdroje), a přesto přinášejí zajímavé efekty a možné aplikace.