Témy pre dizertačné práce v študijnom programe Anorganické technológie a nekovové materiály
Téma 1
Nové sklené a sklokeramické fosfory na báze hlinitanov vzácnych zemín pre aplikácie v LED diódach vyžarujúcich biele svetlo
Školiteľ: Dr. Róbert Klement
Školiteľ špecialista: Dr. Anna Prnová
Práca je zameraná na vývoj nových sklených a sklokeramických luminiscenčných materiálov na báze Al2O3 a RE2O3 pre aplikácie v LED diódach emitujúcich biele svetlo, najmä materiálov s dobrou emisiou aj v červenej spektrálnej oblasti. V prvom kroku budú pripravené základné (nedopované) sklá v sústave Al2O3-RE2O3 (RE = Y, La, Yb) a Al2O3-RE2O3-MeOx (MeOy = SiO2, ZrO2), prípadne v sústave Al2O3-RE2O3-MeO (MeO = CaO, MgO, SrO). Skúmané budú vlastnosti nedopovaných materiálov najmä z pohľadu štruktúry hlinitanových skiel využitím spektroskopických metód (MAS NMR, IR a Ramanova spektroskopia), termických vlastností (DSC/TG) a kinetiky kryštalizácie. Následne budú pripravené a charakterizované sklené a sklokeramické materiály dopované jedným RE alebo TM iónom (Ce3+, Eu3+, Mn2+, Cr3+) a kombinovaným systémom senzitizér/aktivátor Ce3+-(Mn2+, Cr3+) a Eu2+-(Mn2+, Cr3+). Optimalizovaná bude koncentrácia pridaných fotoluminiscenčne aktívnych iónov v snahe dosiahnuť čo najlepšiu emisiu aj v červenej oblasti spektra. Detailne budú študované optické a fotoluminiscenčné vlastnosti pripravených dopovaných sklených a sklokeramických materiálov (UV-VIS-NIR a steady-state fluorescenčná spektroskopia), kinetika zhášania excitovaného stavu pomocou časovo-rozlíšenej fluorescenčnej spektroskopie, vplyv teploty na intenzitu emitovaného žiarenia. Pozornosť bude venovaná najmä vzťahu emisné spektrálne vlastnosti materiálu vs. štruktúra a morfológia materiálu pri excitáci modrým svetlom ako aj NUV (blízka UV) žiarením.
Téma 2
Príprava a štúdium luminiscenčných vlastností fosforov s dlhodobou svetelnou emisiou (long lasting phosphors)
Školiteľ: Dr. Róbert Klement
Školiteľ špecialista: Dr. Anna Prnová
Práca je zameraná na prípravu fosforov s dlhodobou svetelnou emisiou (až niekoľko hodín po excitácii). Pripravené budú nedopované a dopované (iónmi Eu2+, Mn2+, Dy3+, resp. inými RE a TM iónmi) hlinitanokremičitanové systémy a to jednak vo forme skiel (sklených mikrogulôčok) ako aj vo forme fázovo čistého polykryštalického materiálu melelitovej skupiny (napr. so zložením ackermanitu (Ca2MgSi2O7) a gehlenitu (Ca2Al2SiO7)). Na prípravu prekurzorov pre sklené a kryštalické materiály bude použitá modifikovaná sól-gél metóda podľa Pechiniho. Materiály budú charakterizované z pohľadu morfológie (optická mikroskopia, SEM), fázového zloženia (RTG), štruktúry (MAS NMR, IR a Ramanova spektroskopia), termických vlastností (termická analýza) a spektrálnych vlastností (UV-VIS-NIR a fluorescenčná spektroskopia). Preskúmaný bude najmä vplyv základnej sklenej vs. kryštalickej matrice, vplyv katiónu alkalickej zeminy v štruktúre skla a polykryštalického materiálu a koncentrácie RE a TM iónov na intenzitu emitovaného žiarenia po excitácii a čas emisie svetelného žiarenia. Preštudovaný a navrhnutý bude mechanizmus zodpovedný za vznik dlhotrvajúcej emisie u pripravených materiálov; kriticky budú zhodnotené aj doteraz známe mechanizmy dlhotrvajúcej luminiscencie.
Téma 3
Interakcia prírodných látok s nanočasticami
Školiteľ: doc. Ing. Alfonz Plško, CSc.
Pri využití nanočastíc je rozhodujúca ich interakcia s okolím. Zvlášť je to dôležité, ak sa nanočastice využívajú ako nosiče látok, ktoré majú baktericídne účinky (napr. Ag, Cu) alebo liečiv (tetracyklín), prípadne prírodných látok, ktoré sú prirodzene syntetizované v rastlinách, avšak vykazujú významnú biologickú úlohu aj u človeka a majú v súčasnosti veľké pole využitia v oblasti prevencie pred onkologickými ochoreniami, ale aj v ich liečení. V rámci predloženej témy sa bude pozornosť zameriavať na nanočastice na báze SiO2, ktoré budú funkcionalizované, či už na povrchu alebo v celom objeme a budú skúmané vo vodných sóloch. Sledovať sa budú vlastnosti sólov, spôsob a kinetika naviazania vybraných prírodných látok na nanočastice, zmena charakteristík nanočastíc po naviazaní prírodných látok a kinetika uvolňovania naviazaných látok v prostrediach simulujúcich prostredie v živých organizmoch. Pri riešení budú využívané metodiky ako je UV-VIS spektrometria, Ramanova a FTIR mikrospektrometria, AFM, elektrónova mikroskopia a ďalšie.
Téma 4
Príprava a vlastnosti anorganicko-organických nanokompozitov
Školiteľ: doc. Ing. Alfonz Plško, CSc.
Anorganicko-organické nanokompozity predstavujú rýchlo sa rozvíjajúcu oblasť výskumu, hlavne v smere prípravy nanomateriálov pre rôzne využitie (biochemické aplikácia, ochrana materiálov, hydrofobizácia, hydrofilizácia povrchov materiálov atď.). Najbežnajšia je ich aplikácia vo forme vrstiev nanesených na rôznych materiáloch. Pri príprave anorganicko-organických materiálov sa bude využívať metóda sól-gél a pozornosť bude sústredená na nanokompozity vznikajúce na báze silsesquioxánov , čo sú nanokompozity vznikajúce v systémoch Si(OR)4 – R1Si(OR)3, kde R1 – Si je kovalentná väzba medzi uhlíkom a kremíkom, ktorá nepodlieha hydrolýze za podmienok používaných pri sól-gél syntézach. Budú sa skúmať predovšetkým vlastností pripravených sólov (veľkosť častíc), morfologia, topografia a povrchové sily nanokompozitov nanesených na podklad a ich interakcie s okolím. Pri riešení budú využívané metodiky ako je AFM, elektrónova mikroskopia, DTA/TG a DSC, Ramanova a FTIR mikrospektrometria a ďalšie.
Téma 5
Hlinitanové sklá s fotoluminiscenčnými a fluorescenčnými vlastnosťami
Školiteľ: doc. Ing. Dušan Galusek, PhD.
Práca je zameraná na prípravu, charakterizáciu a štúdium vlastností špeciálnych skiel s hlinitanovou alebo hlinitanokremičitanovou matricou dopovaných prechodnými prvkami ako V, Cr, Bi a podobne, ktoré vykazujú fotoluminiscenčné, prípadne fluorescenčné vlastnosti. Práca bude zameraná najmä na vývin a optimalizáciu metód prípravy týchto skiel, charakterizáciu ich štruktúry a štúdium vplyvu štruktúry pripravených skiel a chemického okolia dopantov na excitačné a emisné charakteristiky týchto skiel. Práca sa bude realizovať v Centre kompetencie pre výskum skla v Trenčíne.
Téma 6
Korózia a bioaktivita pokročilých keramických biomateriálov
Školiteľ: doc. Ing. Dušan Galusek, PhD.
Predložený projekt je zameraný na skúmanie odolnosti vybraných materiálov v súčasnosti používaných ako dentálne náhrady (porcelán, sklokeramika, keramika), výplne kazov prirodzených zubov (amalgám, kompozit) ako aj materiálov prirodzených zubov (hydroxyapatit) voči bežne konzumovaným kyslým nápojom, a mechanizmov a kinetiky ich korózie. Projekt si kladie za cieľ aj skúmanie vplyvu prítomnosti niektorých vybraných iónov (Ca2+, F-, PO43-) na rýchlosť korózie dentálnych materiálov. Výsledkom bude určenie faktorov vplývajúcich na poškodenie dentálnych materiálov, identifikácia spôsobov umožňujúcich poškodzovanie obmedziť, prípadne zastaviť, resp. optimalizácia dentálnych materiálov z pohľadu ich koróznej odolnosti. Práca sa bude realizovať v Centre kompetencie pre výskum skla v Trenčíne.
