Studijní plány a sylaby FJFI ČVUT v Praze

-

Aktualizace dat: 15.10.2017

english

Navazující magisterské studiumInženýrství pevných látek
2. ročník
předmět kód vyučující zs ls zs kr. ls kr.

Povinné předměty

Optické vlastnosti pevných látek 11OPT Bryknar 2+0 zk - - 3 -
Předmět:Optické vlastnosti pevných látek11OPTprof. Ing. Bryknar Zdeněk CSc.2 ZK-3-
Anotace:V přednášce jsou probrány základní principy absorpce, reflexe, luminiscence a šíření světla v široké škále materiálů, včetně krystalických dielektrik, polovodičů a kovů. Pozorované jevy jsou diskutovány z hlediska klasické i kvantové fyziky a z hlediska jejich využití.
Osnova:1. Interakce elektromagnetické vlny s pevnou látkou
2. Fresnelovy vzorce
3. Optické vlastnosti jednoosých a dvojosých krystalů, dvojlom
4. Fenomenologická teorie elektrooptických a piezooptických látek
5. Fenomenologická teorie magnetooptických látek
6. Optické vlastnosti kovů
7. Nelineární optika
8. Relace Manley-Rowe
9. Generace druhé harmonické
10. Luminiscence
11. Franckův-Condonův princip
12. Lasery
13. Optoelektronika
14. Základy integrované optiky.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Znalost kvantové fyziky.

Schopnosti:
Pochopit základní principy absorpce, reflexe, luminiscence a šíření světla v široké škále materiálů, včetně krystalických dielektrik, polovodičů a kovů, a seznámit se s jejich využitím v moderní technické praxi.
Požadavky:Doporučuji absolvovat přednášku fyzika dielektrik (11DIEL na FJFI).
Rozsah práce:
Kličová slova:Jednoosé a dvojosé krystaly, dvojlom, luminiscence, lasery, optoelektronika, integrovaná optika.
Literatura:Povinná literatura:
[1]. M. Born, E. Wolf: Principles of optics, Cambridge University Press, 1999, ISBN: 0521642221.

Doporučená literatura:
[2]. M. Fox: Optical properties of solids, Oxford University Press, 2002, ISBN: 0198506139,
[3]. P. Malý: Optika, Karolinum, 2008, ISBN: 9788024613420.

Moderní experimentální metody11MEM1 Drahokoupil, Vratislav 5+0 z - - 5 -
Předmět:Moderní experimentální metody11MEM1Ing. Drahokoupil Jan Ph.D. / prof. Ing. Vratislav Stanislav CSc.5 Z-5-
Anotace:
Osnova:1. Úvod do nových měřících metod ve fyzice pevné fáze.
2. Přístrojová technika, principy měřících metod, zpracování naměřených dat.
3. Růst krystalů, příprava vzorků.
4. Polovodiče, měření jejich vlastností a oblasti využití.
5. Metody výzkumu vlastností kovových materiálů.
6. Keramiky a komposity ? charakteristika vlastností.
7. Metody studia vlastností polymerů.
8. Výzkum dielektrických vlastností.
9. Určování parametrů struktury technicky významných látek.
10. Výzkum elektrických a magnetických vlastností látek.
11. Výzkum optických vlastností technických materiálů.
12. Maloúhlový rozptyl neutronů ve fyzice pevných látek.
13. Presentace poznatků na závěrečném semináři.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti: V kurzu se studenti formou praktické návštěvy špičkových laboratoří seznámí se současnými moderními experimentálními metodami ve fyzice pevné fáze a v materiálovém výzkumu. Pozornost bude také věnována přípravě vzorků a růstu krystalů.
Požadavky:
Rozsah práce:
Kličová slova:
Literatura:

Fyzika povrchů 1, 211FYPO12 Kalvoda 2+0 zk 2+0 zk 2 2
Předmět:Fyzika povrchů 111FYPO1doc. Ing. Kalvoda Ladislav CSc.2+0 ZK-2-
Anotace:Přednáška je úvodem do hlavních témat fyziky povrchů. Po zavedení základních parametrů a problémů následuje přehled nejdůležitějších technik využívaných k charakterizaci chemického složení povrchů, popisu jeho morfologie a analýze povrchové krystalové struktury. Předkládané poznatky jsou dokumentovány na praktických příkladech.
Osnova:1. Trocha historie. Geometrický a termodynamický přístup k povrchu (fraktální povrchy, Gibbsův model ideálního povrchu, povrchové napětí a specifická volná energie povrchu, relaxace a rekonstrukce povrchu).
2. Příprava čistého povrchu a vysokého vakua: povrchová kontaminace, UHV systémy, vakuové pumpy, měření úrovně vakua, speciální čistící techniky.
3. Chemické složení povrchu. Povrchová citlivost tradičních "objemových" metod. Spektroskopie sekundárních elektronů (SE). Charakteristické rysy energetického spektra SE.
4. Analyzátory energie SE. Principy Augerovy elektronové spektroskopie (AES) a fotoelektronové spektroskopie (XPS).
5. Kvantitativní analýza chemického složení povrchu. Konstrukce spektrometrů SE.
6. Hmotnostní spektroskopie sekundárních částic. SIMS: teoretické aspekty, kvantitativní analýza, přednosti a nevýhody. Další metody analýzy sekundárních částic. Konstrukce spektrometrů a iontové zdroje.
7. Analýza hloubkového profilu chemického složení: nedestruktivní metody využívající změnu registrační hloubky, metoda šikmého řezu, odprašování povrchu.
8. Aplikace SAXS metod k analýze chemického složení. Mikroskopické techniky analýzy povrchové složení (SAEM, SMS, POSAP).
9. Struktura povrchů. Teoretický popis 2D-periodické krystalové struktury: přímá a reciproká mřížka. Difrakce na 2D strukturách: Laueho podmínky a Ewaldova konstrukce. Orientace povrchu.
10. Povrchová citlivost klasických metod strukturní analýzy. Difrakce nízkoenergetických elektronů (LEED), reflexní difrakce vysokoenergetických elektronů (RHEED).
11. Povrchově citlivé techniky RTG difrakce. Emisní elektronová a iontová mikroskopie. Techniky využívající evanescentní EM pole.
12. Metody mikroskopie se skenovací sondou.
13. Povrchově zesílená spektroskopie jemné struktury RTG absorpce (SEXAFS). Jednoduchá teoretická předpověď struktury povrchu: Chadiho model.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Porozumění odlišnostem povrchu a objemu, orientace v problematice stanovení chemického složení a struktury povrchu či tenké povrchové vrstvy.

Schopnosti:
Orientace v postupech řešení základních experimentálních úloh fyziky povrchů. Schopnost volby vhodného postupu.
Požadavky:znalosti struktury pevných látek a teorie pevných látek (SPL1, SPL2, TPL1, TPL2 na FJFI)
Rozsah práce:
Kličová slova:Povrch, tenká vrstva, chemické slození, krystalová struktura, teoreticky popis, experimentální metody studia.
Literatura:Povinná literatura:
[1]. L. Kalvoda, A.S. Parshin: Vybraná témata z fyziky povrchů, Nakladatelství ČVUT Praha, 2000.
[2]. M. Prutton, Introduction to Surface Physics, Clarendon Press, Oxford 1998.
Doporučená literatura:
[3]. D.P. Woodruff, T.A. Delchar, Modern Techniques of Surface cience (2nded.) Cambridge University Press, Cambridge 1994.

Předmět:Fyzika povrchů 211FYPO2doc. Ing. Kalvoda Ladislav CSc.-2+0 ZK-2
Anotace:Kurz podává přehled základních fyzikálních a chemických vlastností povrchu a tenkých vrstev (elektronové struktury, vibrační kinematiky, povrchové adsorpce) a experimentálních technik jejich studia, a dále hlavních metod používaných k přípravě tenkých povrchovych filmu.
Osnova:1. Vlastnosti povrchu. Repetitorium QM popisu objemu krystalické pevné látky a zmeny vyvolané zavedením povrchu.2. Povrch v rámci modelu zelé. Blochovy vlny v potenciálové jáme. Teorie molekulárních orbitalu a povrchové stavy. Limitní prípady povrchovych elektronovych stavu.
3. Povrchové fonony. Povrchové plasmonové polaritony.
4. Experimentální charakterizace elektronovych a vibracních vlastností povrchu. Vystupní práce elektronu. Kontaktní potenciál.
5. Povrchový náboj a zakřivení elektronových pásu. Polovodičové supermřížky a elektronové mini-pásy.
6. Příprava a vlastnosti magnetickych multivrstev.
7. Elektronová spektroskopie charakteristickych ztrát (EELS): princip, instrumentace a vyuzití.
8. Adsorpce na povrchu: fyzikální adsorpce, chemisorpce, interakce mezi adsorbovanymi cásticemi, povrchová segregace.
9. Kinetika adsorpce a desorpce. Povrchové chemické reakce a katalyza.
10. Pokrytí povrchu a ultra tenké filmy. Módy rustu tenkych krystalickych vrstev.
11. Experimentální metody prípravy tenkych vrstev. Fyzikální depozice z par (PVD). Chemická depozice z par (CVD).
12. Princip a aplikace metody depozice z molekulárních svazku (MBE).
13. Epitaxní růst z kapalné fáze (LPE). Technika Langmuira a Blodgettové.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Pochopení specifické podstaty fyzikálních a chemických vlastností povrchů a tenkých filmů, získání přehledu metod přípravy tenkých povrchových filmů.

Schopnosti:
Praktická aplikace získaných poznatků při řešení vlastní výzkumné úlohy.
Požadavky:Absolvování kurzu fyzika povrchů je doporučeno (11FYPO na FJFI).
Rozsah práce:
Kličová slova:Povrch, tenká vrstva, supermřížka, multivrstva, vlastnosti, elektronová struktura, fononové stavy, metody přípravy tenkych vrstev.
Literatura:Povinná literatura:
[1]. L. Kalvoda, A.S. Parshin: Vybraná témata z fyziky povrchů, Nakladatelství ČVUT Praha, 2000.
[2]. M. Prutton, Introduction to Surface Physics, Clarendon Press, Oxford 1998.

Doporučená literatura:
[3]. J.M. Zimman: Principles of the Theory of Solids, 2nd ed., Cambridge Univeristy Press 1999.

Počítačové simulace kondenzovaných látek11SIKL Kalvoda, Sedlák 2+2 z,zk - - 4 -
Předmět:Počítačové simulace kondenzovaných látek11SIKLdoc. Ing. Kalvoda Ladislav CSc. / Ing. Sedlák Petr Ph.D.----
Anotace:Počítačová simulace v oblasti kondenzovaných látek se stává důležitým nástrojem při vývoji nových materiálů a technologií, využívaným jak experimentátory, tak teoretiky. Řešení řady praktických problémů je tak převáděno z reálné do 'virtuální', počítačové laboratoře. V průběhu kurzu se studenti seznámí s teoretickým pozadím základních výpočetních metod a své poznatky ověří na praktických příkladech. Každá přednáška tak bude organizována jako tutorial, v jehož rámci bude řešení typických úlohy doprovázeno detailním objasněním použitých výpočetních postupů. Kurz se koná v Počítačové učebně Katedry inženýrství pevných látek. K praktickým demonstracím a procvičení bude využito simulační prostředí Materials Studio (Accelrys Software Inc.).
Osnova:1. Navržení modelu molekuly, makromolekuly, krystalu, povrchu, vrstvy a nanostuktury. Pravidla použitá k dosažení realistické výchozí struktury. Práce s knihovnami strukturních fragmetů. Vytvoření projektu. Cvičení: MS Materials Visualizer.
2. Konstrukce rozsáhlejších amorfních ansamblů s periodickými okrajovými podmínkami definovaných za různých termodynamických podmínek. Cvičení: Amorphous Cell.
3. Klasická simulační teorie: koncept silových polí, deformací vazeb, nevazebných interakcí, speciální typy silových polí, implementace molekulární mechaniky v MS. Cvičení: MS Discover, MS Forcite, MS Forcite Plus.
4. Klasická simulační teorie: minimalizační úlohy (geometrická optimalizace molekuly, minimalizace energie, matematické metody nalezení minima energie, energetické trajektorie a přechodové struktury). Cvičení: MS Discover.
5. Klasická simulační teorie: počítačové simulace dynamického vývoje systému (termodynamické soubory, fázový prostor, pojednání interakcí na dlouhou vzdálenost, DPD a další přibližné metody). Cvičení: MS Amorphous Cell, MS Mesodyne.
6. Geometrická a statistická analýza vypočtených výsledků. Cvičení: analytické nástroje v MS Materials Visulizer, MS Amorphous Cell, MS Discover, and MS Forcite.
7. Teorie rozptylu a určení krystalové struktury. Prášková difrakce, Rietveldova rafinace s uvážením energie. Cvičení MS Reflex Plus.
8. Kvantově mechanický koncept: Schroedingerova rovnice, teorie self-konzistentního pole, DFT, teorém Hohenberg-Kohna, Kohn-Shamův ansatz, pseudopotenciály. Cvičení: MS CASTEP, MS DMol3.
9. Kvantově-mechanický koncept: semi-empirický přístup. Cvičení: MS VAMP.
10. Kvantově-mechanický koncept: molekulární dynamika založená na prvních principech - metoda Car-Parrinellova. Cvičení: MS CASTEP, MS DMol3.
11. Kvantově mechanický koncept: fonony a výpočet dielektrické odezvy. Cvičení: MS CASTEP.
12. Kvantově mechanický koncept: výpočet optických absorpčních a emisních spekter. Cvičení: MS VAMP.
13. Kvantově mechanický koncept: stabilita molekulárních struktur. Cvičení: MS DMol3.
Osnova cvičení:Každý z probíraných teoretických okrujů je doplněn praktickou úlohou.
Cíle:Znalosti:
Základy kvantové mechaniky a numerické matematiky.

Schopnosti:
Osvojení si základů teorie a praktické realizace počítačových simulací pro základní kondenzované systémy.
Požadavky:Znalosti kvantové fyziky a numerické matematiky (v rozsahu předmětů 02KVAN, 01NUMB na FJFI).
Rozsah práce:
Kličová slova:Kondenzované látky, počítačové simulace, molekulární dynamika, ab-inicio simulace, semi-empirické metody, DFT, teorie rozptylu, výpočet vlastností, praktická cvičení.
Literatura:Povinná literatura:
[1]. A.R. Leach: Molecular Modeling: Principles and Applications, 2nd edition, Prentice Hall, ISBN 0-582-38210-6, Harlow 2001.

Doporučená literatura:
[2]. R. M. Martin: Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods (Vol 1), Cambridge University Press, ISBN 0-521-78285-6, Cambridge 2004.

Studijní pomůcky:
Počítačová učebna KIPL vybavená MS softwarem.

Seminář 3, 411SMX34 Vratislav, Kučeráková 0+2 z 0+2 z 3 3
Předmět:Seminář 311SMX3prof. RNDr. Kraus Ivo DrSc. / prof. Ing. Vratislav Stanislav CSc.2 Z-3-
Anotace:Diskuse nad průběžnými výsledky výzkumných úkolů, diplomových a doktorandských projektů presentovaných jednotlivými řešiteli a nad zajímavými aktuálními tématy z oblasti fyziky kondenzovaných látek i oborů souvisejících presentovaných předními odborníky.
Osnova:Obsahem předmětu jsou přednášky vědeckých pracovníků, učitelů a doktorandů ČVUT zaměřené na tématiku diplomových prací posluchačů katedry inženýrství pevných látek.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti: Přehled o aktualních trendech a výsledcích v jednotlivých oblastech výzkumu.
Schopnosti:Schopnost prezentace vlastních výsledků

Požadavky:
Rozsah práce:
Kličová slova:seminář
Literatura:

Předmět:Seminář 411SMX4prof. RNDr. Kraus Ivo DrSc. / prof. Ing. Vratislav Stanislav CSc.-2 Z-3
Anotace:Diskuse nad průběžnými výsledky výzkumných úkolů, diplomových a doktorandských projektů presentovaných jednotlivými řešiteli a nad zajímavými aktuálními tématy z oblasti fyziky kondenzovaných látek i oborů souvisejících presentovaných předními odborníky.
Osnova:Obsahem předmětu jsou přednášky vědeckých pracovníků, učitelů a doktorandů ČVUT zaměřené na tématiku diplomových prací posluchačů katedry inženýrství pevných látek.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:Přehled o aktualních trendech a výsledcích v jednotlivých oblastech výzkumu.
Schopnosti: Schopnost prezentace vlastních výsledků

Požadavky:
Rozsah práce:
Kličová slova:seminář
Literatura:

Diplomová práce 1, 211DPIP12 Vratislav 0+10 z 0+20 z 10 20
Předmět:Diplomová práce 111DPIP1prof. Ing. Vratislav Stanislav CSc.0+10 Z-10-
Anotace:Student na základě zadání práce a pod vedením školitele zpracovává individuálně zadané téma po dobu 2 semestrů.
Osnova:Student na základě zadání práce a pod vedením školitele zpracovává individuálně zadané téma po dobu 2 semestrů.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
individuální tématika podle zadání práce.

Schopnosti:
Samostatná práce na zadaném úkolu, orientace v dané problematice, sestavení vlastního odborného textu.
Požadavky:
Rozsah práce:Předmět je dán samostatnou činností studenta na zadaném tématu. Práce jsou průběžně kontrolovány školitelem a příslušnou katedrou.
Kličová slova:
Literatura:Literatura a další pomůcky jsou dány zadáním práce.

Předmět:Diplomová práce 211DPIP2prof. Ing. Vratislav Stanislav CSc.-0+20 Z-20
Anotace:Student na základě zadání práce a pod vedením školitele zpracovává individuálně zadané téma po dobu 2 semestrů.
Osnova:Student na základě zadání práce a pod vedením školitele zpracovává individuálně zadané téma po dobu 2 semestrů.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
individuální tématika podle zadání práce.

Schopnosti:
Samostatná práce na zadaném úkolu, orientace v dané problematice, sestavení vlastního odborného textu.
Požadavky:
Rozsah práce:Předmět je dán samostatnou činností studenta na zadaném tématu. Práce jsou průběžně kontrolovány školitelem a příslušnou katedrou.
Kličová slova:
Literatura:Literatura a další pomůcky jsou dány zadáním práce.

Volitelné předměty

Speciální polovodičové materiály a součástky11SMAT Sopko 2+0 zk - - 2 -
Předmět:Speciální polovodičové materiály a součástky11SMATprof. RNDr. Sopko Bruno DrSc.2 ZK-2-
Anotace:Popis přednášky: Popis technologií přípravy složených polovodičových materiálů v monokrystalické formě. Typické fyzikální parametry polovodičových materiálů a technologie přípravy struktur součástek. Supermřížky a jejich příprava.
Osnova:1. Příprava monokrystalu složených polovodičových materiálů.
2. Příprava monokrystalu SiC a diamantu.
3. Fyzikální parametry a technologické zpracování polovodičových materiálů.
4. Příprava struktur součástek
5. Součástky s kvantovými jevy.
6. Součástky na SiC a diamantu.
7. Součástky se supermřížkovou strukturou.
8. Příprava supermřížek - epitaxe.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Znalosti přípravy speciálních polovodičových součástek.

Schopnosti:
Schopnost využít výhod polovodičových materiálů a součástek pro praktické aplikace.
Požadavky:
Rozsah práce:
Kličová slova:Klíčová slova: Polovodiče, SiC, diamant, supermřížka.
Literatura:Povinná literatura:
[1]. J.Kodeš,J.Voves: Elektronické součástky nové generace,GRADA 1995,

Doporučená literatura:
[2]. M.S.Sze, Kwok Kwok Ng: Physics of Semoconductors Devices, John Wiley and Sons, 2007.

Polovodičové detektory 11DETE Sopko - - 2+0 zk - 2
Předmět:Polovodičové detektory11DETEprof. RNDr. Sopko Bruno DrSc.-2+0 ZK-2
Anotace:Přednáška se zabývá principy činosti polovodičových detektorů.
Osnova:1. Interakce záření s atomy. Pružné a nepružné srážky.
2. Detektory ionizujícího záření.
3. Detektory plynové, kapalinové a pevnolátkové. Polovodičové detektory.
4. Detekce dávky. Detekce dávkového příkonu.
5. Detektory souřadnicové. Teleskopy a hodoskopy.
6. Detektory pro subjadernou fyziku. Detektory pro medecínu.
7. Fotodetektory.
8. Interakce fotonu a pevné látky.
9. Polovodičové detektory fotovodivostní a s přechodem PN.
10. Fotodiody,fototranzistory.
11. Detektory pro IF a UV oblast.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Znalost principu činnosti polovodičových detektorů.

Schopnosti:
Schopnost návrhu polovodičového detektoru pro praktické aplikace.
Požadavky:
Rozsah práce:
Kličová slova:Polovodiče, fotodetektory, fotodiody.
Literatura:Povinná literatura:
[1]. .Lutz: Semiconductor radiation detectors, Springer 2000.

Doporučená literatura:
[2]. J.Macháč,J.Míšek:Fotodetektory pro optické sdělovací systémy,ACADEMIA 1989.

Teorie a konstrukce fotovoltaických článků11PCPC Pfleger 2+0 zk - - 2 -
Předmět:Teorie a konstrukce fotovoltaických článků11PCPCIng. Pfleger Jiří CSc.2 ZK-2-
Anotace:Přednáška je zaměřena na základy fotovoltaické přeměny sluneční energie. Zabývá se klasickými fotovoltaickými články z krystalického křemíku i moderními trendy využívajícími nové materiály včetně polymerních, nové technologie i fyzikální principy. Posluchačům je poskytnut matematický a teoretický základ fotovoltaického jevu v různých typech funkčních struktur, ale též informace o souvisejících technologiích a použitých materiálech. K získání uceleného pohledu na problematiku fotovoltaiky bude část přednášky věnována i praktickým a ekonomickým aspektům aplikace fotovoltaických článků v distribučních elektrických sítích. Analýza životního cyklu fotovoltaických článků umožní posluchačům lépe se orientovat v problematice fotovoltaiky ve vztahu k životnímu prostředí.
Osnova:1. Historický úvod, charakteristika slunečního záření na zemském povrchu, rozdělení fotovoltaických článků, základní dělení podle technologie (tlustovrstvé-deskové, tenkovrstvé a nekřemíkové technologie).
2. Fyzikální principy fotovoltaických článků: typy excitace v polovodičích, fotogenerace volných nosičů náboje, transport náboje, objemová a povrchová rekombinace.
3. Schottkyho diodová rovnice, charakteristická rovnice skutečného solárního článku, vliv sériového odporu, svodové vodivosti, závěrného proudu a termálního napětí. Výpočet účinnosti fotovoltaického článku, teoretické meze účinnosti, Shockley-Queisserův limit.
4. PN přechod jako fotodioda. Režim fotovodivostní a fotovoltaický. Doba života minoritních nosičů.
5. Přechod PN: typy přechodů podle způsobu vzniku (slitinové, difuzní, epitaxní, implantované, planární) podle krystalové struktury (homogenní, heterogenní), podle gradientu koncentrace příměsí (strmé a pozvolné, symetrické a asymetrické).
6. Výroba krystalických křemíkových fotovoltaických článků: výroba metalurgického a solárního křemíku, výroba ingotu a řezání ingotu na desky, texturace Si desek, vysokoteplotní difuze fosforu, depozice antireflexní a pasivační vrstvy, nanášení sběrných kontaktů, testování a třídění Si solárních článků.
7. Využití pokročilých technologií k dosažení vyšší účinnosti: plazmové leptání, N-typ křemíku jako výchozí materiál, sběrné kontakty, antireflexní vrstvy, nanotechnologie).
8. Tenkovrstvé články (amorfní křemík, mikrokrystalický křemík, CdTe, CIS, CIGS).
9. Hybridní organicko-anorganické solární články (Grätzelův článek).
10. Polymerní fotovoltaické články.
11. Zvýšení účinnosti (koncentrátorové solární články, využití dvoufotonových přechodů, fúze excitonů, násobení fotonů, články s vícenásobným přechodem).
12. Zapojení solárních článků do elektrických distribučních sítí. Akumulace energie.
13. Analýza životního cyklu solárních článků, ekonomické aspekty využití solárních článků, vliv na životní prostředí.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Pochopení základních teoretických myšlenek a praktické konstrukce fotovoltaických článků.

Schopnosti:
Porozumění zakladním otázkám konstrukce fotovoltaických článků a jejich využití
Požadavky:Znalosti teorie pevných látek a fyziky polovodičů (v rozsahu předmětů 11TPL, 11POL1 na FJFI)
Rozsah práce:
Kličová slova:Fotovoltaicky článek, PN přechod, fotogenerace.
Literatura:Povinná literatura:
[1]. Peter Würfel, Uli Würfel: 2nd updated and expanded ed.. Weinheim: Wiley-VCH, 2009,
[2]. W.R. Fahrner, M. Muehlbauer, H.C. Neitzert. Uetikon-Zürich: Trans Tech Publications, 2006,
[3]. Mario Pagliaro, Giovanni Palmisano, and Rosaria Ciriminna. Weinheim : Wiley-VCH, 2008,
[4]. Stephen J. Fonash: 2nd ed.. Burlington: Academic Press, 2010.

Doporučená literatura:
[5]. Bernhard Weller... [et al.]. -- 1st ed.. -- München : Institut für internationale Architektur-Dokumentation, 2010., Edited by Lewis Fraas, Larry Partain. 2nd ed.. Hoboken: Wiley, 2010.,
[6]. Roger A. Messenger, Jerry Ventre. 3rd ed.. Boca Raton: CRC Press, 2010.

Neutronografie v materiálovém výzkumu11NMV Vratislav - - 2+0 zk - 2
Předmět:Neutronografie v materiálovém výzkumu11NMVprof. Ing. Vratislav Stanislav CSc.-2 ZK-2
Anotace:Neutronová difrakce je velice výkonnou metodikou pro výzkum statických a dynamických vlastností materiálů využívaných v mnoha oblastech vědeckého výzkumu i v průmyslových aplikacích. Jsou vysvětleny základní charakteristiky rozptylu ( jaderná a magnetická složka) a absorpce tepelných neutronů. K rozhodujícím aspektům charakterizujícím aplikační oblasti patří: vzorky s velkým objemem, vysoká pronikavost neutronů konstrukčními materiály, metoda variace kontrastu, magnetický rozptyl, nepružný rozptyl. Je uvedena řada příkladů neutronografických difrakčních zařízení a jejich využití v materiálovém výzkumu.
Osnova:1. Materiálový výzkum a difrakční metody.
2. Tepelné neutrony, charakteristiky. Oblasti aplikací.
3. Difraktometry, spektrometry, rozlišovací funkce.
4. Neutronové zdroje, detektory,přídavná zařízení.
5. Systémy detekce. Počítačové řízení difrakčního experimentu.
6. Zpracování a upřesňování dat: soubory: GSAS, FULLPROF, RIET-N
7. Neutronová prášková difrakční analýza (charakteristiky, příklady aplikací).
8. Neutronografická kvantitativní texturní analýza.
9. ODF - interpretace, anizotropie fyzikálních a mechanických vlastností.
10. Magnetické uspořádání, charakteristiky magnetických transformací (perovskity).
11. Maloúhlový rozptyl tepelných neutronů.
12. Napěťová analýza - určování gradientů.
13. Difrakční experimenty "in situ".
14. Neutronová radiografie. ENSA-European Neutron Scattering Association (informace).
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Fyzika a struktura pevných látek, principy difrakce tepelných neutronů.

Dovednosti:
Znalosti a orientace v oblasti využití neutronové difrakce ve studiu pevné fáze a v materiálovém výzkumu.
Požadavky:Znalosti struktury pevných látek, teorie pevných látek a neutronové difrakce (11SPL1, 11SPL2, 11FPL1, 11FPL2, 11AND na FJFI).
Rozsah práce:
Kličová slova:Tepelné neutrony, neutronová difrakce, materiálový výzkum.
Literatura:Povinná literatura:
[1]. E. H. Kisi and Ch. J. Howard: Applications of Neutron Powder Diffraction, Oxford University Press, 2008.

Doporučená literatura:
[2]. C.G. Windsor, Pulsed Neutron Scattering, Taylor and Francis Ltd. London, 1985,
[3]. A. Feurer, Neutron Scattering in Layered Copper-Oxide Superconductors, Kluwer Academic Publishers, 1998,
[4]. J.S. Higgins and H.C. Benoit, Polymers and Neutron Scattering, Oxford Science Publications 1994.

Difrakční analýza mechanických napětí11DAN Ganev, Kraus 2+0 zk - - 2 -
Předmět:Difrakční analýza mechanických napětí11DANprof. Ing. Ganev Nikolaj CSc. / prof. RNDr. Kraus Ivo DrSc.2 ZK-2-
Anotace:Předmět obsahuje soubor základních poznatků difrakční analýzy mechanických napětí. Značná pozornost je věnována ilustrací možností, které rentgenová tenzometrie má při řešení technických problémů.
Osnova:1. Princip difrakčních metod
2. Pojem napětí, tenzor napětí a deformace
3. Klasifikace napětí
4. Deformace mřížky, rtg. elastické konstanty
5. Metodika rtg. tenzometrie
6. Homogenní stav napjatosti, nehomogenní pole napětí
7. Aplikace rentgenové tenzometrie
8. Tepelná napětí, deformační napětí, transformační napětí
9. Nehomogenity napětí v rovině povrchu
10. Gradient napětí kolmo k povrchu
11. Keramika kompaktní, keramické vrstvy.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Princip určení mechanických napětí difrakčními metodami.

Schopnosti:
Orientovat se v problematice nedestruktivní analýzy napětí.
Požadavky:Předpokládá se absolvování předmětu struktura pevných látek (SPL2 na FJFI) a složení zkoušky.
Rozsah práce:
Kličová slova:Rentgenové záření,polykrystalické materiály, tenzor napětí a deformace, aplikace rentgenové tenzometrie.
Literatura:Povinná literatura:
[1]. Kraus I., Ganev N.: Difrakční analýza mechanických napětí, skripta ČVUT, Praha 1995.

Doporučená literatura:
[2]. Noyan I.C., Cohen J.B.: Residual Stress Measurements by Diffraction and Interpretation, Springer-Verlag, NY 1987.

Smart materiály a jejich využití 11SMAM Potůček, Sedlák 2+0 zk - - 2 -
Předmět:Smart materiály a jejich využití11SMAMIng. Potůček Zdeněk Ph.D. / Ing. Sedlák Petr Ph.D.2+0 ZK-2-
Anotace:Smart materiály mají jednu nebo více vlastností jako tvar, vodivost nebo barva, které mohou být výrazně a vratně měněny změnami vnějších podmínek. Tyto vlastnosti reagující na vnější podněty (teplo, mechanické napětí, elektrické pole, světlo) určují způsob využití daného typu smart materiálů. Pasivní a aktivní tlumení vibrací, airbagová čidla, akustické měniče, přesná polohovací zařízení, miniaturní ultrazvukové motorky, cévní stenty, umělá svalová vlákna, obroučky brýlí, antény mobilních telefonů, světlocitlivá skla nebo fotochromní a termochromní tkaniny mohou sloužit jako několik příkladů stále se rozšiřujícího spektra jejich aplikací. Přednášky jsou zaměřeny na fyzikální vlastnosti, metody studia a možnosti využití materiálů měnících barvu, materiálů vyzařujících světlo, piezoelektrických materiálů, vodivých polymerů, dielektrických elastomerů, feroelektrických materiálů a materiálů s tvarovou pamětí. Pozornost je věnována také vlivu fázových přechodů na fyzikální vlastnosti uvažovaných materiálů a jejich numerickým simulacím.
Osnova:1. Tepelné, elektrické, mechanické a optické vlastnosti pevných látek, symetrie krystalů, tenzorový popis fyzikálních vlastností.
2. Vliv fázových přechodů 1. a 2. druhu na fyzikální vlastnosti pevných látek.
3. Materiály měnící barvu - fotochromní, termochromní a elektrochromní jev.
4. Materiály vyzařující světlo - fluorescence, fosforescence, elektroluminiscenční displaye.
5. Piezoelektrické materiály pro měniče, snímače a systémy pohon/čidlo jako přesná polohovací zařízení, miniaturní ultrazvukové motorky, adaptivní mechanické tlumiče.
6. Vodivé polymery a dielektrické elastomery pro umělé svaly.
7. Feroelektrické materiály, feroelektrické a optické paměti.
8. Jev tvarové paměti, slitiny s tvarovou pamětí, třídy martenzitických transformací, mikrostruktura martenzitických fází, pseudoelasticita a pseudoplasticita.
9. Významné materiály s tvarovou pamětí - slitiny Ni-Ti, CuZnAl, CuAlNi.
10. Numerické simulace chování slitin s tvarovou pamětí.
11. Metody pozorování martenzitických fázových transformací.
12. Použití slitin s tvarovou pamětí - zařízení pro pasivní a aktivní tlumení vibrací, adaptivní kompositní systémy, biomedicínské aplikace, chirurgické nástroje, aplikace v kosmonautice a letectví, umělá svalová vlákna, termostaty.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Přehled smart materiálů a možností jejich využití, pochopení mikroskopické podstaty jejich fyzikálních vlastností, vztahů mezi fyzikálními vlastnostmi a strukturou smart.

Schopnosti:
Optimalizace či vývoj nových smart materiálů vycházející z adekvátních teoretických modelů za účelem nalezení materiálů s fyzikálními vlastnostmi požadovanými pro jednotlivé aplikace.
Požadavky:Základní znalosti ze struktury pevných látek, teorie pevných latek, fyziky dielektrik a optických vlastností pevných látek.
Rozsah práce:
Kličová slova:Smart materiály, materiály měnící barvu, materiály vyzařující světlo, piezoelektrické materiály, feroelektrické materiály, slitiny s tvarovou pamětí.
Literatura:Povinná literatura:
[1]. Encyclopedia of Smart Materials, Ed.: M. Schwartz, John Wiley and Sons, New York, 2002.
[2]. Shape Memory Materials, Eds.: K. Otsuka, C. M. Wayman, Cambridge University Press, Cambridge, 1998.

Doporučená literatura:
[3]. Zhong-lin Wang, Z. C. Kang: Functional and Smart Materials: Structural Evolution and Structure Analysis, Plenum Press, New York, 1998.
[4]. Jasprit Singh: Smart Electronic Materials: Fundamentals and Applications, Cambridge University Press, Cambridge, 2005.

Principy a aplikace optických senzorů s praktickými úlohami11PAO Aubrecht 2+0 zk - - 2 -
Předmět:Principy a aplikace optických sensorů11PAOIng. Aubrecht Jan Ph.D.2 ZK-2-
Anotace:Definice základních pojmů vláknové optiky, rozdělení senzorů podle vlastností a charakteristik, členění planárních a opticko-vláknových struktur podle jejich strukturních parametrů, využití světelných zdrojů a detektorů světla, použití fluorescenčních a absorpčních jevů při senzorických měřeních, aplikace distribuované detekce a povrchových plazmonů, informace o fotonických strukturách, aplikační členění dalších typů optických senzorů. Praktické úlohy: praktické osvojení znalostí získaných při sérii přednášek.
Osnova:1. Úvod - definice základních pojmů, rozdělení senzorů podle vlastností a charakteristik.
2. Planární a opticko-vláknové struktury - teorie optických planárních vlnovodů - matematický a fyzikální popis.
3. Světelné zdroje a detektory světla - rozdělení podle rozsahu jejich použitelnosti, typy laserů, fotodetektory, fotonásobiče.
4. Fluorescenční a absorpční senzory - fluorescenční spektroskopie, chemiluminiscence, absorpční spektroskopie.
5. OTDR - distribuovaná detekce - metody rozprostřené detekce fyzikálních veličin.
6. SPR - povrchové plazmony - multifunkční využití biosenzorů.
7. Fotonické struktury - fotonické krystaly, praktické využití v oblastech optiky.
8. Aplikační členění optických senzorů - chemické, elektrochemické, akustické a jiné.
Osnova cvičení:Praktické úlohy:
1. Stanovení délky a útlumu optického vlákna metodou optické reflektometrie.
2. Měření spektrálních vlastností planárních vlnovodů metodou ATR (Zeslabené totální reflexe).
3. Měření spektrálních vlastností a charakterizace roztoků.
4 Měření spektrálních vlastností a charakterizace optických vláken.
Cíle:Znalosti:
Základní znalosti optiky.

Schopnosti:
Znalost základních principů činnosti optických senzorů a schopnost provedení základních optických měření.
Požadavky:
Rozsah práce:
Kličová slova:Optický senzor, absorpční a fluorescenční vlastnosti, zdroje a detektory světla, aplikace optických vláken, planární struktury, optický vlnovod.
Literatura:Povinná literatura:
[1]. B.A.Saleh, M.C.Teich: Základy fotoniky 1-3, Matfyzpress Praha, 1994.

Doporučená literatura:
[2]. P.Fiala, I.Richter: Fyzikální optika, ČVUT FJFI, 2005,
Studijní pomůcky:
laboratoř se základním vybavením pro optická měření.

Vnitřní dynamika materiálů11VDM Seiner 2+0 zk - - 3 -
Předmět:Vnitřní dynamika materiálů11VDMIng. Seiner Hanuš Ph.D.2+0 ZK-3-
Anotace:Předmět shrnuje základní poznatky o dynamických procesech probíhajících v materiálech, konkrétně se zaměřuje na šíření elastických vln a jejich interakci s mikrostrukturou materiálu, dynamické šíření plastické deformace, kinetiku fázových rozhraní a dynamiku lomu.
Osnova:1. Základy elastodynamiky kontinua, elastodynamická rovnice a její obecné řešení - šíření vln a kmitání.
2. Klasifikace dynamických jevů v pevných látkách.
3. Geometrické aspekty šíření vln, definice vlnového čela, energetické toky, Huygensův a Fermatův princip.
4. Teoretický popis útlumu elastických vln v materiálech, definice koeficientu útlumu, Christoffelova rovnice s komplexními parametry, definice relaxačního času a relaxační útlum.
5. Termoelastický útlum v materiálech s teplotní roztažností, útlum smykovým pohybem dislokací (teorie Granato-Lücke).
6. Dynamika plastické deformace, von Kármánův - Duwézův pokus, Taylorův test a jeho teoretická interpretace.
7. Základní modely pohybu fázových rozhraní v materiálech.
8. Stefanův problém, pohyb fázového rozhraní v teplotním gradientu, růst precipitátu z přesyceného tuhého roztoku.
9. Pohyb fázových rozhraní při reverzibilní martenzitické transformaci, FPU-mřížka v d'Alembertovském popisu, akustická emise pohybujícího se rozhraní, interakce fázového rozhraní s rázovou elastickou vlnou.
10. Základy vysokorychlostní dynamiky křehkých lomů, Brobergův problém, lom podle bimateriálového rozhraní, proražení Rayleighovy bariéry a intersonický lom.
Osnova cvičení:
Cíle:Znalosti:
Orientace v základních tématech vnitřní dynamiky materiálu, znalost časových a prostorových měřítek, na kterých jednotlivé dynamické jevy probíhají, znalost příkladů vnějších projevů či aplikací probíraných témat z různých oborů nauky o materiálu.

Schopnosti:
Výpočty koeficientů útlumu pro různé materiálové systémy, výpočty rychlostí pohybu plastického vlnového čela a fázových rozhraní.
Požadavky:Znalosti fyziky pevných látek (krystalová mříž a její defekty, difúze, plastická deformace) v rozsahu předmětů 11FKO1 nebo 11KOV, znalosti vlnové mechaniky kontinua v rozsahu předmětu 02VOAF a termodynamiky v rozsahu předmětu 02TSFA.
Rozsah práce:
Kličová slova:Dynamické chování materiálů; vnitřní tření a útlum; plastické vlny; kinetika fázových rozhraní; dynamika lomu.
Literatura:Povinná literatura:
[1] M.A.Meyers: Dynamic Behavior of Materials. New York: John Wiley & Sons 1994.

Doporučená literatura:
[2] R. Truell, Ch. Elbaum, B.B. Chick: Ultrasonic Methods in Solid State Physics. NewYork: Academic Press 1969.

Magnetické materiály11MAM Heczko 2+0 zk - - 2 -
Předmět:Magnetické materiály11MAMMgr. et Ing. Heczko Oleg Dr.2+0 ZK-2-
Anotace:
Osnova:
Osnova cvičení:
Cíle:
Požadavky:
Rozsah práce:
Kličová slova:Magnetické materiály, vlastnosti, využití
Literatura:

Praktikum z makromolekulární krystalografie 1, 211PMK12 Kolenko 0+4 kz 0+4 kz 4 4
Předmět:Praktikum z makromolekulární krystalografie 111PMK1Ing. Kolenko Petr Ph.D.0+4 KZ-4-
Anotace:
Osnova:1. Metody charakterizace makromolekul v roztoku
2. Krystalizace makromolekul
3. Obsluha difraktometru, difrakční experiment
4. Vyhodnocení difrakčních obrazů
5. Řešení fázového problému - metoda molekulárního nahrazení, experimentální fázování
6. Upřesňování makromolekulárních struktur
7. Kontrola kvality výsledné geometrie makromolekul a shody s experimentálními daty
8. Databáze
Osnova cvičení:
Cíle:Cílem praktika je osvojení si metod makromolekulární krystalografie, jako je krystalizace v různých podmínkách, zvládnutí obsluhy a zpracování difrakčního experimentu a jeho vyhodnocení. Tato převážně experimentální část je plánována za zimní semestr. V rámci druhé části, letního semestru, se jedná převážně o počítačová praktika zaměřená na řešení fázového problému různými metodami, zpřesňování shody mezi experimentem a modelem makromolekuly a o kontrolu kvality výsledné struktury. Závěrečná část praktika se zaměřuje na práci s databázemi, sběr a porovnání informací z různých zdrojů.
Požadavky:
Rozsah práce:
Kličová slova:krystal, difrakce, fázový problém, makromolekula, databáze
Literatura:Povinná literatura:
J. Marek, Z. Trávníček: Monokrystalová rentgenová strukturní analýza. Univerzita Palackého v Olomouci, Olomouc, 2002.

Doporučená literatura:
V. Valvoda, M. Polcarová, P. Lukáč. Základy strukturní analýzy. Karolinum, Praha, 1992.

I. Kraus: Struktura a vlastnosti krystalů. Academia, Praha, 1993.

Předmět:Praktikum z makromolekulární krystalografie 211PMK2Ing. Kolenko Petr Ph.D.-0+4 KZ-4
Anotace:
Osnova:1. Metody charakterizace makromolekul v roztoku
2. Krystalizace makromolekul
3. Obsluha difraktometru, difrakční experiment
4. Vyhodnocení difrakčních obrazů
5. Řešení fázového problému - metoda molekulárního nahrazení, experimentální fázování
6. Upřesňování makromolekulárních struktur
7. Kontrola kvality výsledné geometrie makromolekul a shody s experimentálními daty
8. Databáze
Osnova cvičení:
Cíle:Cílem praktika je osvojení si metod makromolekulární krystalografie, jako je krystalizace v různých podmínkách, zvládnutí obsluhy a zpracování difrakčního experimentu a jeho vyhodnocení. Tato převážně experimentální část je plánována za zimní semestr. V rámci druhé části, letního semestru, se jedná převážně o počítačová praktika zaměřená na řešení fázového problému různými metodami, zpřesňování shody mezi experimentem a modelem makromolekuly a o kontrolu kvality výsledné struktury. Závěrečná část praktika se zaměřuje na práci s databázemi, sběr a porovnání informací z různých zdrojů.
Požadavky:
Rozsah práce:
Kličová slova:krystal, difrakce, fázový problém, makromolekula, databáze
Literatura:Povinná literatura:
J. Marek, Z. Trávníček: Monokrystalová rentgenová strukturní analýza. Univerzita Palackého v Olomouci, Olomouc, 2002.

Doporučená literatura:
V. Valvoda, M. Polcarová, P. Lukáč. Základy strukturní analýzy. Karolinum, Praha, 1992.

I. Kraus: Struktura a vlastnosti krystalů. Academia, Praha, 1993.

SEM a metody mikrosvazkové analýzy11SEM Kopeček 2+0 zk - - 2 -
Předmět:Skenovací elektronová mikroskopie a metody mikrosvazkové analýzy11SEMRNDr. Kopeček Jaromír Ph.D.2+0 ZK-2-
Anotace:
Osnova:1. Elektronová mikroskopie, historie a konstrukce přístroje
2. Elektronová optika, tvorba obrazu a detekce signálu
3. Techniky pozorování nevodivých vzorků ? nízkonapěťová a nízkovakuová mikroskopie
4. Generace charakteristického rentgenového záření a jeho spektroskopie, detektory, oblasti detekce
5. Energiově-disperzní spektroskopie (EDS), zpracování spektra a vyhodnocení složení
6. Vlnově disperzní spektroskopie (WDS), Rentgenová fluorescence (?-XRF)
7. Rozptyl zpět rozptýlených elektronů (EBSD) ? Kikuchiho linie, zpracování signálu, Houghova transformace
8. Reálná struktura krystalů pomocí EBSD, kombinované mapování EDS/EBSD, HR-EBSD pomocí autokorelačního srovnávání Kikuchiho obrazců, kanálování (ECP)
9. Katodoluminiscence (CL), metody založené na měření proudu ? electron beam induced current (EBIC), integrace AFM do SEM
10. Fokusovaný iontový svazek (FIB) integrovaný do SEM, konstrukce přístroje, základní techniky, kombinované techniky ? 3D rekonstrukce
11. Kombinované experimenty v komoře SEM ? in-situ stolky, deformační a teplotní experiment
12. Příprava vzorků ? konvenční metalografie broušením a leštěním, elektrochemické leštění, iontová příprava povrchů
Osnova cvičení:
Cíle:Cílem přednášky je seznámit studenty s prací na skenovacím elektronovém mikroskopu (SEM) a možnostmi svazkových analytických metod, které jsou na takových zařízeních dostupné. S ohledem na fyzikální principy budou rozebrány metody zobrazení, analytické metody dostupné na SEM a postupy při přípravě vzorků.
Student by měl být schopen se snadno zaškolit na konkrétním přístroji, po nezbytném praktickém výcviku si připravit vzorek a vybrat správnou techniku pro řešení konkrétního problému, ale i všeobecně se orientovat v dostupné experimentální technice.
Požadavky:Předmět navazuje na základní znalosti ze struktury pevných látek a fyziky.
Rozsah práce:
Kličová slova:Skenovací elektronová mikroskopie, EDS, EBSD, FIB, metalografie
Literatura:Povinná literatura:
Scanning Electron Microscopy Physics of Image Formation and Microanalysis, Ludwig Reimer, ISBN: 978-3-642-08372-3 Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1985, 1998

Doporučená literatura:
Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis, J. I. Goldstein, D. E. Newbury, P. Echlin, D. C. Joy, A. D. Romig Jr., Ch. E. Lifshin, ISBN-13: 978-0306472923, Plenum Press, New York, 1992, 1981

Handbook of Sample Preparation for Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis - Patrick Echlin, ISBN: 0387857303, Springer Science+Business Media, LLC 2009

Electron Backscatter Diffraction in Materials Science,
Adam J. Schwartz, Mukul Kumar, Brent L. Adams, David P. Field, 2nd Edition, ISBN 978-0-387-88135-5, Springer Science+Business Media, LLC 2009

Introduction to Focused Ion Beams Instrumentation, Theory, Techniques and Practice, Lucille A. Giannuzzi , Fred A. Stevie, ISBN: 0-387-23116-1, Springer Science + Business Media, Inc., 2005

Zkoumání látek elektronovým paprskem, V. Hulínsky, K. Jurek, SNTL, Praha 1982

Úvod do transmisní elektronové mikroskopie, Miroslav Karlík, ISBN: 978-80-0104-729-3, ČVUT, Praha, 2011