Každoročně vypisujeme několik témat bakalářských a magisterských prací, které se týkají využití elektronové mikroskopie v různých odvětvích výzkumu, vývoje a aplikací. Snažíme se, aby tyto práce probíhaly ve spolupráci s odborníky z dané oblasti. Při řešení těchto prací tedy spolupracujeme například s Chemicko-technologickou laboratoří Národní galerie v Praze, 1. lékařskou fakultou Univerzity Karlovy, či Českou zemědělskou univerzitou v Praze. Naše témata jsou velmi pestrá a nabízíme studentům i možnost přizpůsobit si, či vytvořit si téma tak, aby vyhovovalo jejich zaměření a přineslo jim bonusy do jejich budoucího zaměstnání.

Pro nadcházející akademický rok 2017/2018 jsme vypsali bakalářské práce pro obor Forenzní analýza (zde), Nano a mikrotechnologie v chemickém inženýrství (zde), Chemie (zde) a Procesní inženýrství a management (zde), dále jsme vypsali nové práce pro magisterský obor Senzorika a kybernetika (zde). Podívejte se však také na právě probíhající práce.

Bakalářské práce v akademickém roce 2017/2018

Obor: Forenzní analýza

1) Forenzní průzkum složení půdních vzorků metodou SEM-EDS

Školitel:  Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Chemické složení půdních vzorků je závislé nejenom na geologické oblasti a působení přírodních sil, ale také na předchozí antropogenní činnosti. Forenzní průzkum půd se tedy nezaměřuje pouze na analýzu přirozeně se vyskytujících materiálů, jako jsou horniny, minerály nebo zbytky rostlin či zvířat, nýbrž zahrnuje i syntetické materiály jako jsou ionty syntetických hnojiv (např. nitráty, sulfáty, fosfáty atd.), nebo artefakty vzniklé průmyslovou výrobou (např. olovo, sklo, barvy, asfalt, zbytky cihel či popela atd.). Výsledná struktura a složení půdního vzorku vytváří matrici s unikátním složením charakteristickým pro dané místo, čehož lze například využít při identifikaci původního umístění důkazních materiálů, při analýze škod průmyslových havárií, či sledování ekologické zátěže krajiny.
Cílem této práce je prakticky otestovat metodu skenovací elektronové mikroskopie a energiově disperzní spektrometrie při měření struktury a složení vzorků půd zatížených antropogenní činností. Student se při řešení této práce naučí odebírat a zpracovávat vzorky heterogenního materiálu organicko-anorganického původu a proměří a vyhodnotí strukturu a složení těchto vzorků. Na základě získaných výsledků bude diskutovat, zda a nakolik jsou získaná data vhodná pro jednoznačné identifikování oblasti, ze které byly vzorky odebrány. Práce bude probíhat ve spolupráci s Českou zemědělskou univerzitou v Praze.

2) Identifikace falešných mincí metodou SEM-EDS

Školitel: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Numismatika je historická věda, která se zabývá platebními prostředky. Je to však zároveň i velmi lukrativní obor sběratelství s investičním potenciálem, který mimořádným způsobem přitahuje padělatele. V současném globální ekonomice dospělo padělatelství v numismatice přímo průmyslových rozměrů, kdy asijské továrny vyrábí padělky vzácných mincí různé kvality i chemického složení a ty jsou následně prodávány přes elektronické aukce neznalým sběratelům.
Cílem této práce je vyzkoušet možnosti metody skenovací elektronové mikroskopie a energiově disperzní spektrometrie při určování padělků oběžných mincí. Student si při řešení práce prakticky vyzkouší prvkovou analýzu mincovních kovů zejména československé a české produkce a porovná chemické složení pravých a falešných mincí.

3) Analýza kosterních pozůstatků pomocí elektronové mikroskopie a spektroskopie EDS

Student: Anna Petrová

Školitel: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Konzultant: MUDr. Tobiáš Judl

Kosterní pozůstatky, ať už lidské, či zvířecí, patří pro forenzního experta mezi klasické zdroje informací. Cílem této práce je otestovat na sadě zvířecích kostí možnosti elektronové mikroskopie a spektroskopie pro stanovení typu a chemického složení kostí. Student se při řešení práce seznámí s nejmodernější technikou v oblasti elektronové mikroskopie a vyzkouší si i možnosti přípravy těchto specifických biologických vzorků.

4) Identifikace lidského vlasu pomocí optické a elektronové mikroskopie

Student: Nikola Pravdíková

Školitel: Ing. Jitka Kopecká, Ph.D.

Lidský vlas lze ve forenzní analýze považovat za významnou biologickou stopu pachatele. Cílem práce je charakterizovat základní parametry lidského vlasu pomocí optické a elektronové mikroskopie. Mezi tyto parametry lze zařadit např. minimální a maximální šířku stvolu či tvar příčného průřezu.

 

Obor: Nano a mikrotechnologie v chemickém inženýrství

1) Supramolekulární struktury látek v organické elektronice

Školitel: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Organická elektronika je velmi nadějnou oblastí výzkumu a vývoje. Snahou tohoto odvětví elektroniky je vyvinou elektronické součástky jako například tranzistory, kondenzátory, senzory či dokonce baterie a lasery na bázi organických látek, které mají oproti svým anorganickým protějškům nové vlastnosti (např. vysokou pružnost, specifický povrch, odolnost vůči vnějšímu prostředí atd.), ale i např. velmi nízkou výrobní cenu. Cílem této práce je provést důkladný teoretický rozbor současného stavu využití sipramolekulárních struktur látek pro organickou elektroniku, a to zejména s ohledem na využití nanostrukturovaných organických látek (nanotrubky, nanodráty a jiné útvary) pro senzory a senzorovou techniku. Výsledkem bude rovněž návrh možností využití nově syntetizovaných nanostruktur na bázi vodivých polymerů v elektronice a senzorové technice. Součástí práce bude také analýza vybraných vzorků zdrojových supramolekulárních struktur a součástek organické elektroniky pomocí elektronového mikroskopu, která studentovi umožní kritické zhodnocení dat získaných literární rešerší.

2) Impedanční spektroskopie nanostrukturovaných organických polovodičů

Školitel: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Diagnostika elektrických parametrů nových typů nanostrukturovaných organických polovodičů (např. nanotrubek polypyrrolu či polyanilinu) pomocí impedanční spektroskopie, umožňuje lepší pochopení procesů, které probíhají u těchto materiálů například při expozici různými typy plynů (využití pro chemické senzory) či světlem (využití ve fotovoltaice). Cílem této práce je seznámit studenta se současnými metodami používanými v diagnostice elektrických vlastností organických nanomateriálů a umožnit mu získat praktické zkušenosti z této oblasti.

3) Energiově disperzní spektrometrie nanokompozitních materiálů pro organickou elektroniku

Školitel: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Energiově disperzní spektrometrie (EDS) je mocný nástroj pro studium povrchů mikrostruktur a tenkých vrstev používaných v nových zařízeních na bázi organické elektroniky. EDS umožňuje určovat zejména prvkové složení povrchů, což je výhodné při studiu dopantů, katalyzátorů, nežádoucích příměsí apod. Student se při řešení práce seznámí s unikátním zařízením, naučí se jej ovládat a vyhodnocovat výstupní data. Práce kombinuje prvkovou analýzu částečně i s tradičními metodami elektronové mikroskopie, student tedy získá zkušenosti i v této oblasti.

 

Obor: Chemie

1) Možnosti prostorové orientace supramolekulárních struktur materiálů pro chemické senzory a biosenzory

Školitel: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Současný rozkvět syntetických postupů pro přípravu supramolekulárních struktur materiálů umožnil vznik řady nových struktur (nanotrubky, nanodráty, nanopásy apod.), které vykazují silně anizotropní vlastnosti (rozdílná elektrická vodivost v různých směrech apod.). Syntetizované struktury jsou však často získány v neuspořádané formě, a tak materiál jako celek vykazuje vlastnosti izotropní, kde je jinak výhodná anizotropie vlastností strukturovaného materiálu zcela potlačena. Zajímavou, avšak málo prozkoumanou oblastí je proto orientace připravených nanostruktur do uspořádaných útvarů např. „koberců“, kde lze očekávat, že se výrazně projeví směrové vlastnosti jednotlivých struktur. Tato práce je svým obsahem průkopnická, proto je koncipována jako čistě rešeršní. Student se zde seznámí s aktuálním stavem v oblasti syntézy supramolekulárních struktur látek používaných pro citlivé vrstvy senzorů a biosenzorů a s možnostmi jejich prostorové orientace využitelné při konstrukci nových generací pokročilých senzorů.

2) Syntéza supramolekulárních struktur vodivých polymerů pro organickou elektroniku

Školitel: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Vodivé polymery jsou látky, které kombinují vlastnosti organických látek (flexibilita, biokompatibilita) s vlastnostmi typickými pro látky anorganické např. kovy (vysoká elektrická vodivost, stabilita). V poslední dekádě bylo navíc zjištěno, že za určitých okolností lze vodivé polymery přimět k tvorbě supramolekulárních útvarů, které vykazují další zlepšení v parametrech jako je například specifický povrch či elektrická vodivost. Navíc jejich vlastnosti jsou anizotropní, čehož lze dále využívat v konkrétních zařízeních (biosenzory, senzory). Tato práce navazuje na úspěšný výzkum, který je prováděn v Laboratoři senzorů a zpracovává jeden z jeho dílčích úkolů. Student má možnost seznámit se aktuálními metodami syntézy vodivých polymerů a navázat kontakt s několika špičkovými spolupracujícími pracovišti.

 

Obor: Procesní inženýrství a management

1) Zařízení pro směšování toxických a výbušných plynů a par

Školitel: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Příprava stopových koncentrací toxických a výbušných plynů a par pro testování chemických senzorů, analyzátorů i dalších provozních zařízení patří mezi nesnadné úkoly, které vyžadují zkušený a kvalifikovaný personál. Důvodem jsou přísné požadavky na přesnost připravené směsi, nebezpečí pramenící z manipulace s vysoce toxickými prekurzory či nebezpečí výbuchu zařízení. Cílem této práce je seznámit studenta se základy práce s toxickými a výbušnými plyny a párami a konstrukcí zařízení pro vytváření plynných směsí.

 

Diplomové práce v akademickém roce 2017/2018

Obor: Senzorika a kybernetika

1) Rozpoznávání nanostruktur ze snímků SEM pomocí nástroje ImageJ a Matlab

Školitel: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Konzultant: Ing. Jan Mareš, Ph.D.

Snímky nanostrukturovaných materiálů vytvořené pomocí elektronové mikroskopie jsou důležitým podkladem pro evaluaci výsledků chemických experimentů. Množství měřených vzorků spolu s různým nastavením elektronového mikroskopu vytváří velký soubor dat, který je nutné zpravidla manuálně vyhodnotit. Přesto existují moderní nástroje, které jsou schopny snímky automatizovaně vyhodnocovat a získat tak například průměrnou velikost měřených nanočástic či jejich délku. Cílem této práce je otestovat moderní software pro analýzu snímků z elektronového mikroskopu ImageJ se zásuvnými pluginy a matematický software Matlab pro vyhodnocování rozměrů nanostruktur vodivých polymerů. Student si během své práce osvojí matematické základy zpracování obrazu a naučí se pracovat s přístroji pro elektronovou mikroanalýzu. Práce bude vznikat ve spolupráci s Ústavem počítačové a řídicí techniky.

2) Databázové zpracování výsledků analýzy nanostruktur metodou SEM-EDS

Školitel: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Konzultant: Ing. Iva Nachtigalová, Ph.D.

Skenovací elektronová mikroskopie a energiově disperzní spektrometrie patří mezi důležité analytické metody pro studium supramolekulárních struktur materiálů v prostoru i energiích. Základním výsledkem těchto měření jsou snímky povrchu, mapy rozložení prvků a spektra. Každý vzorek je zpravidla měřen opakovaně v různých místech a s různým nastavením elektronového mikroskopu a spektrometru. Dohromady je tak získáno velké množství dat, které je nutné navíc korelovat s podmínkami syntézy, za kterých byly struktury připraveny. Cílem této práce je pomocí databázových nástrojů zpracovat soubor měření ze skenovacího elektronového mikroskopu a korelovat jej s podmínkami syntézy. Student se při řešení této práce naučí pracovat s moderními databázovými systémy a zároveň si osvojí práci s přístroji pro elektronovou mikroanalýzu. Práce bude vznikat ve spolupráci s Ústavem počítačové a řídicí techniky.

3) Laserové depozice oxidů lanthanoidů

Školitel: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Oxidy lanthanoidů představují zajímavou a méně prozkoumanou oblast materiálů s velkým potenciálem pro využití v chemických senzorech. Úkolem této práce bude zejména rešerše a výzkum současných možností využití některých oxidů lanthanoidů, zejména pak oxidů Ce, Pr, Nd, Sm, Eu a, Gd. Součástí práce bude i příprava tenkých vrstev lanthanoidů pomocí Pulsní laserové depozice. Práce studentovi nabízí možnost setkat se s unikátními zařízeními a laserovou technikou.

4) Chemické senzory na bázi organických materiálů pro elektronický nos

Školitel: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Organické materiály a jejich nanostrukturované analogy (nanokrystaly, nanotrubky, nanodráty apod.) mají velký potenciál využití v elektronice, optice, farmakochemii či biochemii. Zajímavou možností je potom využití těchto materiálů v tzv. organické elektronice, konkrétně při přípravě senzorů a senzorových polí toxických a výbušných plynů a par. Cílem této práce je získat zkušenosti s charakterizací chemických senzorů nové generace, které využívají nanostrukturované materiály na bázi vodivých polymerů či makromolekulární látky. Student bude při řešení využívat zázemí Laboratoře senzorů, která je vysoce specializována na přípravu a charakterizaci nových experimentálních typů senzorů, získá tak možnost pracovat a získat zkušenosti s nejmodernější měřicí a unikátní přístrojovou technikou.

 

Bakalářské práce v akademickém roce 2016/2017

1) Elektronová mikroanalýza jako nástroj pro odhalování uměleckých falz

Student: Lenka Voltrová

Školitel: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Konzultant: Ing. Radka Šefců, Chemicko-technologická laboratoř Národní galerie v Praze

Umělecká díla známých autorů jsou častým cílem padělatelů. Sběratelům či obdivovatelům autorova díla mohou při nákupu falza tak být způsobeny značné finanční ztráty. Z tohoto důvodu vyvstává potřeba přesného rozpoznávání padělků. Cílem této práce je využít moderních instrumentálních technik z oblasti optické a elektronové mikroskopie, osvojit si techniky odběru a přípravu vzorků a provést analýzu anorganických a organických pigmentů, pojiv a dalších materiálů, které byly používány ve výtvarné praxi. Výsledky získané z analýz na vzorcích z falza známého autora budou porovnány a diskutovány s výsledky analýz reálného autorova díla. Práce probíhá ve spolupráci s odborníky z Chemicko-technologické laboratoře Národní galerie v Praze.

2) Identifikace znečišťujících látek na textilu pomocí elektronové mikroanalýzy

Student: Veronika Tolarová

Školitel: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Znečišťující látky na textilu mohou poskytnout zásadní informace o předcházejících událostech či vlastním průběhu trestného činu. Cílem práce je provést základní identifikaci a vyzkoušet možnosti členění sady testovacích textilních vzorků znečištěných biologickými, organickými a anorganickými látkami pomocí elektronové mikroanalýzy. Student si osvojí způsob přípravy vzorků a základy problematiky energiově disperzní spektroskopie ve forenzní analýze.

3) Syntéza a charakterizace nano a mikrostruktur vodivých polymerů pro chemické senzory

Student: Stanislav Valtera

Školitel: Ing. Jitka Kopecká, Ph.D.

Konzultant: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Vodivé polymery patří do velmi úzké a specifické skupiny organických materiálů, které jsou schopny vést elektrický proud, čímž jsou zajímavé pro rychle se rozvíjející obor organické elektroniky.
Hlavním cílem bakalářské práce je syntetizovat nano a mikrostrukturový vodivý polymer polypyrrol metodou měkké předlohy a charakterizovat vybrané vlastnosti dostupnými metodami.

4) Identifikace střelného prachu pomocí elektronové mikroanalýzy

Student: Monika Šandová

Školitel: Ing. Jitka Kopecká, Ph.D.

Konzultant: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Střelný prach a jeho spaliny jsou důležitým objektem studia forenzního experta. Cílem této práce je otestovat analýzu stopových koncentrací střelného prachu pomocí elektronové mikroskopie a spektroskopie. Student se při řešení práce naučí pracovat se špičkovým zařízením pro elektronovou mikroanalýzu a vyzkouší si jejich funkci na vybraných vzorcích střelného prachu a jeho spalin.

5) Využití elektronové mikroanalýzy pro identifikaci textilních vláken

Student: Lucie Minaříková

Školitel: Ing. Jitka Kopecká, Ph.D.

Konzultant: Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

Vlákna tkanin patří spolu vlasy, kousky kůže, otisky prstů, bot, či zubů mezi nejčastější typy stop, které pachatel zanechá na místě činu. Správná identifikace typu textilních vláken a jejich zasazení do kontextu zločinu může napovědět o způsobu spáchání zločinu, či na jakém místě a jak probíhal. Cílem práce je prozkoumat mikrostrukturu nejčastěji používaných rostlinných i živočišných vláken a vyhodnotit možnosti elektronové mikroanalýzy pro identifikaci vláken tkanin ve forenzní analýze.