Témata pro SOČ

Katedra fyziky Přírodovědecké fakulty Univerzity J. E. Purkyně v Ústí nad Labem nabízí studentům středních škol témata, kterým se mohou věnovat v rámci středoškolské odborné činnosti (SOČ). Po odborné stránce studenty povedou pracovníci katedry fyziky. V případě zájmu o některé téma, zprostředkování kontaktu s vedoucím SOČ nebo o další informace se prosím obraťte na níže uvedený kontakt:

RNDr. Eva Hejnová, Ph.D.
Katedra fyziky
Přírodovědecká fakulty Univerzita J. E. Purkyně
E-mail: eva.hejnova@ujep.cz
Tel. 475 286 621

Nabízená témata

Studium vlastností tenkých vrstev oxidu ceru připravených magnetronovým naprašováním

Vedoucí SOČ: doc. Ing. Martin Kormunda, Ph.D.

Oxid ceru (CeO₂) patří mezi materiály s perspektivními optickými, elektrickými a katalytickými vlastnostmi. Jeho vlastnosti však výrazně závisí na způsobu přípravy, struktuře vrstvy a množství defektů v materiálu. Cílem práce bude připravit tenké vrstvy oxidu ceru metodou magnetronového naprašování a experimentálně zjistit, jak podmínky depozice ovlivňují jejich strukturu a výsledné vlastnosti.

V rámci této práce bude student připravovat vrstvy oxidu ceru při různých depozičních parametrech, například při různém tlaku pracovního plynu nebo teplotě substrátu. Připravené vrstvy budou následně charakterizovány pomocí vybraných experimentálních metod, například rentgenové fotoelektronové spektroskopie, rentgenové difrakce, nebo různých mikroskopických metod. Součástí práce bude také studium fotokatalytických vlastností připravených vrstev. Jejich aktivita bude testována při fotokatalytickém rozkladu modelové látky za působení UV záření. Výsledky umožní porovnat fotokatalytickou aktivitu vrstev připravených za různých podmínek a hledat souvislosti mezi podmínkami depozice, strukturou vrstvy a její funkční aktivitou.Získaná data umožní porovnat strukturu a vlastnosti jednotlivých vzorků a určit vliv podmínek jejich přípravy. Práce umožní seznámit se s přípravou tenkých vrstev pomocí plazmových technologií, metodami charakterizace nanomateriálů a zpracováním experimentálních dat.

Vliv parametrů magnetronového naprašování na přípravu ultratenkých karbidů zirkonu a skandia

Vedoucí SOČ: RNDr. Adéla Jagerová. Ph.D.

Dvourozměrné karbidy přechodových kovů, známé také jako MXeny, představují perspektivní skupinu materiálů s potenciálem pro využití v optoelektronice, katalýze, ukládání energie nebo senzorech. Zejména karbidy na bázi skandia a zirkonia jsou zajímavé díky svým předpokládaným optickým a elektronickým vlastnostem, jejich experimentální příprava je však stále obtížná. Většina dosud studovaných MXenů se připravuje zejména chemickým leptáním jejich objemové fáze, které ale nejsou stabilní pro všechny předpovězené MXeny, včetně systémů na bázi skandia a zirkonia. Jednou z alternativních možností jejich přípravy je magnetronové naprašování, které umožňuje vytvářet ultratenké karbidové vrstvy bez použití chemických činidel. Samotný proces růstu těchto vrstev a vliv depozičních podmínek na jejich výslednou strukturu a vlastnosti však dosud nejsou dostatečně prozkoumány.

Tato práce bude zaměřena na přípravu tenkých vrstev karbidů kovů metodou magnetronového naprašování a studovat vliv vybraných depozičních parametrů na jejich růst a vlastnosti. Student bude připravovat série vzorků při různých hodnotách předpětí na terčích, pracovního tlaku v depozičním systému a teploty substrátu. Následně bude pomocí vybraných experimentálních metod sledovat změny ve struktuře, chemickém složení, morfologii a dalších vlastnostech připravených vrstev. Hlavním cílem bude určit, jak změna jednotlivých depozičních parametrů ovlivňuje proces růstu karbidové vrstvy a její výsledné vlastnosti. Získaná data budou vzájemně porovnána a využita k nalezení vhodných podmínek pro přípravu vrstev s požadovanými vlastnostmi.Práce umožní studentovi seznámit se s přípravou tenkých vrstev pomocí magnetronového naprašování, principy práce s plazmatem, metodami charakterizace nanomateriálů a zpracováním a interpretací experimentálních dat.

Úprava 3D tištěného spektroheliografu Sol’EX pro pozorování magnetického pole Slunce s velmi vysokým rozlišením (R>100000)

Vedoucí SOČ: doc. RNDr. Stanislav Daniš, Ph.D.

Slunce by bez magnetického pole byla nudná hvězda“, pravil jeden slavný astrofyzik. Jak však toto pole měřit, studovat? Jedna z možností je využít tzv. Zeemanova jevu. Tento jev vlivem magnetického pole malinko změní světlo přicházející od Slunce. Změna je však velmi nepatrná a na její sledování potřebujeme vhodný přístroj s dostatečným rozlišením. Jedním z nich je takzvaný spektroheliograf umožňující zobrazit Slunce na jakékoliv vlnové délce viditelného záření. Spektroheliograf je dnes možné realizovat za pomoci 3D tiskárny, například Sol’EX (https://astrosurf.com/solex). Náplní tématu je úprava Sol’EXu vedoucí k podstatnému nárůstu rozlišení, umožňující detekci slabších magnetických polí. Součástí řešení bude ověření nárůstu rozlišení v laboratoři a při vlastním pozorování Slunce.

Dynamika hoření palivové směsi lihové rakety

Vedoucí SOČ: Mgr. Robert Seifert

Cílem práce je podrobněji prozkoumat děje probíhající při hoření směsi lihových par a vzduchu v tzv. “lihové raketě”. Samo hoření je pro lidské oko příliš rychlé, ale s použitím sběru dat a videozáznamu je možno sledovat, co se při hoření odehrává. V rámci práce bude student experimentálně určovat vliv tvaru lahve, velikosti otvoru a bohatosti směsi na celkový průběh hoření. Katedra může zapůjčit měřicí systém Vernier (nástroj pro analýzu dat), pro pořízení videozáznamu bude student potřebovat vlastní prostředek (ideálně iPhon).

Vzdálené fyzikální experimenty s Arduinem

Vedoucí SOČ: doc. RNDr. František Lustig, CSc.

Vzdálené experimenty jsou experimenty, které se dají ovládat přes standardní internetový prohlížeč. Existují již více než 20 let, prošly dlouhým vývojem. Některé středoškolské laboratorní úlohy s profesionálním měřicím systéme ISES nalezneme na https://www.ises.info/index.php/cs/laboratory. V současné době je vytvořená softwarová stavebnice Remduino Lab SDK pro platformu Arduina, volně stažitelná na https://www.ises.info/index.php/cs/news, která umožňuje rychlou a efektivní vlastní tvorbu vzdálených experimentů s běžně dostupným Arduinem. Jsou zde i ukázkové vzdálené experimenty, které si můžete vyzkoušet doma. Cílem SOČ je vytvořit další podobné vzdálené úlohy se softwarovou stavebnicí Remduino Lab SDK z fyziky, ale mohly by to být vzdálené úlohy i z přírodovědy, chemie, z automatizace domácnosti aj. Nám se osvědčila tvorba vzdálených experimentů na rozšiřitelných shield deskách (prázdné tištěné spoje, kde se sestaví, naletuje vzdálený experiment). Tvůrce vzdálených experimentů nemusí být programátor, stačí pouze „slepovat“ dohromady jednotlivé softwarové moduly pro vstup, výstup, zobrazení, záznam a export dat. Stavebnice vzdáleného experimentu samozřejmě poskytuje živý kamerový pohled. Inspiraci lze najít v publikaci https://www.ises.info/old-site/clanky_pdf/Vyukovy_kurz_prispevek.pdf. Pokud bude řešitel zdatným programátorem, můžeme se pokusit softwarovou stavebnici Remduino Lab SDK rozšířit, zmodernizovat aj.