Témy dizertačných prác

Navrhované témy pre rok 2018/2019

Transparentné luminiscenčné materiály na báze oxinitridov.

Školiteľ: doc. Ing. Zoltán Lenčéš, PhD. (Oddelenie keramiky)

  • Práca bude zameraná na prípravu svetlo emitujúcich oxinitridov (MgAlON a SiAlON), tzv. luminoforov zo zmesi oxidov a nitridov, alebo z polymérnych prekurzorov na báze siloxánov a polysilazánov. Bude optimalizované zloženie východiskových zmesí, podmienky nitridácie a vysokoteplotného žíhania luminoforov. Hlavným cieľom bude príprava luminoforov emitujúcich zelené a červené svetlo vysokej intenzity, ktoré bude možno použiť na prípravu teplé biele svetlo emitujúcich diód (LED). Pripravené materiály budú testované aj na možnosti využitia vo fotovoltaike, konkrétne na konverziu UV, NUV a fialového žiarenia do oblasti vlnových dĺžok, ktoré môžu byť absorbované solárnymi článkami na báze kremíka.
  • študijný odbor: Anorganická chémia, Anorganická technológia a materiály

Vplyv prídavku Si3N4 mikroguličiek na mechanické a biologické vlastnosti cementov na báze brushitu.

Školiteľ: doc. Ing. Miroslav Hnatko, PhD. (Oddelenie keramiky)

  • Cieľom predkladanej práce bude príprava a charakterizácia kompozitných cementov na báze kalcium fosfátov s prídavkom spevňujúcef fázy vo forme mikroguličiek na báze nitridu kremičitého. Pórovité Si3N4 mikroguličky s rôznym podielom Ca3(PO4)2 budú pripravené plameňovou syntézou. Si3N4 mikroguličky majú plniť úlohu plniva s dvojakým účinkom. Okrem zvyšovania pevnosti kacium fosfátového cementu (vplyv množstva, podielu veľkostných frakcií, štruktúry atď.) sa očakávajú aj zmeny v biologických vlastnostiach (biotoxicita a antibakteriálny účinok Si3N4, rýchlosť resorbcie atď.) výsledných kompozitných cementov.
  • študijný odbor: Anorganická chémia, Anorganická technológia a materiály

Zhodnotenie druhotných surovín pre materiály s využitím v extrémnych podmienkach

Školiteľ: Ing. Jaroslav Sedláček, PhD. (Oddelenie keramiky)

  • Téma doktorandského štúdia bude zameraná na vysoko aktuálne zhodnocovanie odpadov ako druhotných surovín pre prípravu keramických materiálov s komerčným potenciálom pre aplikácie, napr. v extrémnych podmienkach (pôsobenie výsokých teplôt, mechanického namáhania, korozívneho prostredia, atď.). Hlavným cieľom je vývoj keramických materiálov a kompozitov na báze nitridov, oxinitridov, karbidov a a oxidových materiálov v systéme SiO2-Al2O3-CaO-MgO-MexOy z existujúcich zdrojov druhotných surovín pochádzajúcich z výroby ferozliatin, niklu, magnezitu, spaľovania tuhých palív a komunálneho odpadu, z ťažby nerastných surovín, atď. Získajú sa tým dôležité poznatky o aplikačnom potenciále druhotných surovín pre prípravu progresívnych materiálov (s vyššou pridanou hodnotou). Samotný vývoj bude spočívať v charakterizácii vstupných surovín, ich úprave, termodynamickej analýze, optimalizácii procesu spracovania (karbotermická redukcia, nitridácia, atď.) a spekania, a z vyhodnotenia vlastností pripravených materiálov.
  • V spolupráci s hospodárskou sférou SR sa potenciálne uvažuje o rozšírení existujúcich technológií o priame spracovanie vznikajúcich prúdov druhotných surovín a teda výrazne znížiť ekologickú a energetickú náročnosť.
  • študijný odbor: Anorganická chémia, Anorganická technológia a materiály

Vplyv chemického zloženia hraníc zŕn v nitridovej keramike na jej mechanické vlastnosti

Školiteľ: prof. RNDr. Pavol Šajgalík, DrSc. (Oddelenie keramiky)

  • Cieľom práce bude experimentálne overiť predpoklady vyplývajúce zo simulačných experimentov, že rôzny obsah prídavkov prvkov vzácnych zemín v nitridovej keramike má za následok významné odlišné mechanické vlastnosti. Teoretické výpočty ukazujú, že prídavky oxidov vzácnych zemín toho istého druhu, ale v rôznej koncentrácii, výrazne menia výslednú pevnosť hranice zŕn v nitridovej keramike. Časť práce bude koncentrovaná predovšetkým na prídavky oxidu lantanitého a oxidu lutecitého. Podstatná časť práce bude venovaná príprave nitridu kremičitého s týmito prídavkami (potenciálne aj inými)v rôznej koncentrácii a štúdiu pevnosti hraníc zŕn. Štúdium pevnosti hraníc zŕn bude experimentálne realizované na Ústave materiálového výskumu v Košiciach.
  • študijný odbor: Anorganická chémia, Anorganická technológia a materiály

Nové spôsoby spájania pokročilých keramických materiálov.

Školiteľ: Ing. Peter Tatarko, PhD. (Oddelenie keramiky)

  • Keramické materiály a kompozity na báze karbidu kremičitého (SiC) sú vďaka výbornej kombinácií vlastností primárne využívané pre náročné aplikácie jadrového a vesmírneho priemyslu. Ich aplikácia v týchto extrémnych podmienkach vo veľkej miere závisí od schopnosti ich spájania, pretože výroba veľkých komponentov komplikovaných tvarov je veľmi náročná a nákladná. Vývoj spoľahlivých, cenovo nenáročných a ľahko realizovateľných metód spájania je preto kľúčovým faktorom pre tvorbu novej generácie jadrových reaktorov a vesmírnych telies. Hlavným cieľom práce bude vyvinúť nové spôsoby difúzneho spájania týchto materiálov k rovnakým, ale aj výrazne odlišným (napr. kovovým) materiálom. Dôležitou úlohou bude štúdium mechanizmu spájania, fyzikálno-chemických dejov prebiahajúcich na rozhraní, ako aj mechanických a funkčných vlastností spojov. Dizertačná práca prinesie nové vedecké poznatky v oblasti základného výskumu spájania keramík. Zároveň napomôže k zvýšeniu aplikačného potenciálu tak dôležitého materiálu pre jadrový a vesmírny priemysel, akým SiC nepochybne je.
  • študijný odbor: Anorganická chémia, Anorganická technológia a materiály

Syntéza a charakterizácia žiaruvzdorných boridov prechodových kovov a ich kompozitov.

Školiteľ: Ing. Peter Tatarko, PhD. (Oddelenie keramiky)

  • Boridy prechodových kovov (hlavne Zr a Hf) patria do skupiny tzv. „vysokoteplotných keramických materiálov“, z dôvodu ich vysokých teplôt topenia nad 3000°C. Vďaka ich jedinečným vlastnostiam, keramické materiály vytvorené z týchto zlúčenín nachádzajú uplatnenie v aplikáciách pracujúcich v extrémnych podmienkach v jadrovom alebo vesmírnom priemysle. Ich výroba spočíva v  zhutnení a spekaní chemicky čistých práškov, pričom spekateľnosť, ako aj výsledné vlastnosti materiálov vo veľkej miere závisia od použitých vstupných surovín. Táto dizertačná práca bude preto zameraná na syntézu žiaruvzdorných boridov zirkónu a hafnia z rôznych prekurzorov, s cieľom vyvinúť vhodnú metodiku pre výrobu vysokočistých práškov ZrB2 a HfB2 s nanometrickou, resp. submikrónovou veľkosťou častíc. Za účelom ďalšieho zlepšenia vysokoteplotných vlastností materiálov, budú zlúčeniny pri ich syntéze chemicky modifikované/dopované rôznymi prísadami. Dôležitou úlohou bude podrobná charakterizácia syntetizovaných práškov s cieľom pochopiť vplyv prekurzorov a dopantov na syntézu, spekateľnosť a výsledné vlastnosti týchto materiálov a ich kompozitov. Výstupom práce bude pochopenie a objasnenie dejov, ku ktorým dochádza pri tvorbe diboridov prechodových kovov, ako aj navrhnutie najvhodnejšieho spôsobu výroby týchto materiálov s ohľadom na ich mikroštruktúru, fázové zloženie, a vlastnosti dôležité pre nukleárny a vesmírny priemysel. Tým sa výrazne zlepší aplikačný potenciál týchto materiálov pre komerčné vuyžitie.
  • študijný odbor: Anorganická technológia a materiály

Fluorescenčné nanofilmy kyanínových farbív s ílovými minerálmi

Školiteľ: Mgr. Adriana Czímerová, PhD. (Oddelenie hydrosilikátov)

  • Kyanínové farbivá sú najznámejšie farbivá schopné spontánnej tvorby agregátov, ktorá je aj primárnym dôvodom ich širokého štúdia. Vzhľadom na rôznorodosť kyanínových farbív, schopnosť tvorby fluorescenčne aktívnych foriem a rôzne možností interakcie s inými molekulami majú tieto farbivá široké uplatnenie v praxi. Práca je zameraná na prípravu tenkých vrstiev nanometrových rozmerov rôznymi technikami, z inertného anorganického nosiča, hlavne ílových minerálov a adsorbovaných kyanínových farbív. Budú testované rôzne metódy prípravy tenkých vrstiev. Pripravené  nanofilmy budú charakterizované pomocou absorpčnej spektroskopie v UV/VIS a blízkej infračervenej oblasti spektra, s dôrazom na štúdium usporiadania kyanínových farbív v štruktúre ílového minerálu ako aj výpočet hrúbky vrstiev. Dôležitou časťou vedeckej práce bude charakterizácia pripravených filmov pomocou fluorescenčnej spektroskopie.
  • študijný odbor: Anorganická chémia

Kvantové body ako svetlo pohlcujúce antény

Školiteľ: Mgr. Adriana Czímerová, PhD. (Oddelenie hydrosilikátov)

  • Spojenie anorganických a organických molekúl na úrovni niekoľkých nanometrov poskytuje možnosti štúdia vývoja nových typov materiálov. Predkladaná téma bude zameraná na prípravu rôznych typov kvantových bodiek a následne štúdium prenosu energie medzi pripravenými kvantovými bodkami a farbivami molekúl, pričom kvantové bodky v tomto prípade by mali slúžiť ako svetlo pohlcujúce antény. Dôležitou časťou výskumu bude zvládnutie prípravy kvantových bodiek a optimalizácia podmienok procesu prenosu energie. Pripravené systémy budú študované pomocou absorpčnej spektroskopie v UV/VIS/a blízkej infračervenej oblasti spektra a hlavný dôraz bude kladený na štúdium optických a fotofyzikálnych vlastností materiálov.
  • študijný odbor: Anorganická chémia

Vývoj a efektívna implementácia plne relativistických metód určených na výpočty vlastností pramagnetických systémov obsahujúcich ťažké kovy.

Školiteľ: Mgr. Stanislav Komorovský, PhD. (Oddelenie teoretickej chémie)

  • V poslednej dobe výskum na paramagnetických systémoch obsahujúcich ťažké prvky v rôznych vedeckých oblastiach naberá na dôležitosti. Napríklad, a) pri vývoji pokročilých magnetických materiálov pre dátové pamäte, b) pri znižovaní rádioaktivity a tepelného zaťaženia vyhoreného jadrového paliva, c) pri vývoji nových organických diód (OLEDs). Hlavným cielom dizertačnej práce je vývoj nových relativistických metód pre výpočet spektroskopických parametrov (ako napríklad jadrovej magnetickej rezonancie) paramagnetických systémov, nasledovaný efektívnou implementáciou do programu ReSpect (www.respectprogram.org). Toto vyžaduje zručnosti z relativistickej kvantovej fyziky ako aj z počítačovej vedy. Voliteľným cieľom práce je aplikácia novo vyvinutých metód na relevantných systémoch v úzkej spolupráci s našimi zahraničnými partnermi z Nemecka, Nórska, Rakúska či Českej Republiky.
  • študijný odbor: Chemická fyzika

Vývoj a efektívna implementácia nových relativistických metód pre interpretáciu NMR a EPR spektra zlúčenín ťažkých prvkov. 

Školiteľ: Dr. Oľga Malkina (Oddelenie teoretickej chémie)

  • študijný odbor: Chemická fyzika

Vývoj nových pokročilých kvantových chemických prístupov.

Školiteľ: Dr. Vladimír Malkin (Oddelenie teoretickej chémie)

  • študijný odbor: Chemická fyzika

Vývoj metód na syntézu ternárnych fluoridov pre moderné aplikácie.

Školiteľ: doc. Ing. Miroslav Boča, DrSc. (Oddelenie taveninových sústav)

  • Analýza fluoridových tavenín si vyžaduje množstvo poznatkov o prítomných fázach. Častokrát analyzované sústavy obsahujú zmesi fluoridových fáz, ktoré nie je možné odseparovať. Preto je nutné tieto fázy pripraviť v čistom stave. Aplikácia bežne používaných metód však často zlyháva. Predmetom práce preto bude vývoj nových metód pre syntézu anorganických fluoridových zlúčenín, prípadne vhodná modifikácia existujúcich metód.
  • študijný odbor: Anorganická chémia, Anorganická technológia a materiály

Soľné taveninové systémy pre solárne aplikácie.

Školiteľ: doc. Ing. Miroslav Boča, DrSc. (Oddelenie taveninových sústav)

  • V tejto práci bude úlohou zosumarizovať a zanalyzovať vhodné kombinácie soľnej náplne a materiálu zásobníka, prípadne navrhnúť vlastné riešenie uskladnenia tepla pre solárne systémy. Vybrané riešenie overí pomocou simultánnej termickej analýzy a výpočtom bilancie pre prestup tepla.
  • študijný odbor: Anorganická chémia, Anorganická technológia a materiály

Korózia superzliatin pre energetické aplikácie

Školiteľ: doc. Ing. Miroslav Boča, DrSc., Ing. Viliam Pavlík, PhD. (Oddelenie taveninových sústav)

  • Cieľom práce bude skúmať odolnosť vybranej superzliatiny v závislosti na zložení fluoridovej zmesi, pričom samotná práca zahŕňa prípravu vzoriek, vyhodnocovanie mikrogeometrie povrchu, vyhodnocovanie koróznych vrstiev, agresivity korózneho prostredia a gravimetrické merania.
  • študijný odbor: Anorganická chémie, Anorganická technológia a materiály

Tuhé elektrolyty na báze fluoridových komplexov

Školiteľ: Ing. František Šimko, PhD. (Oddelenie taveninových sústav)

  • Predkladaná téma sa bude zaoberať prípravou fluoridových komplexov s katiónmi alkalických kovov aplikovateľných ako tuhé elektrolyty. Pôjde o ich prípravu a zároveň štruktúrnu, termochemickú a termodynamickú analýzu takýchto materiálov pri ich tavení v závislosti od dopovaného katiónu. Ambíciou predloženého projektu bude aj rozvoj kombinácie použitia klasických termochemických a termodynamických metód a moderných spektrálnych a difrakčných metód pri vysokých teplotách s cieľom komplexne opísať a charakterizovať študované látky.
  • študijný odbor: Anorganická chémia, Anorganická technológia a materiály

Vlastnosti nových progresívnych konštrukčných materiálov v agresívnom prostredí roztavených solí

Školiteľ: Ing. František Šimko, PhD. (Oddelenie taveninových sústav)

  • Predkladaná téma sa bude zaoberať určením korózneho mechanizmu poškodenia mikroštruktúry materiálov vo roztavených fluoridových soliach, a to použitím kombinácie nových konceptov a techník pre podrobný popis a analýzu citlivých zmien v chémii a lokálnych mikroštruktúrach pozdĺž korodovaného rozhrania medzi materiálom a roztaveným fluoridovým médiom pri zvýšenej teplote.
  • študijný odbor: Anorganická chémia, Anorganická technológia a materiály

Budúcnosť energie v anorganických taveninách. Makro a mikro charakteristiky vybraných fluoridových systémov

Školiteľ: Ing. Blanka Kubíková, PhD. (Oddelenie taveninových sústav)

  • Roztavené soli nachádzajú široké uplatnenie v rôznych odvetviach priemyslu. Môžeme k nim zaradiť aplikácie súvisiace s ich využitím ako palivových systémov a chladiacich médií v chladiacich a teplovýmenných okruhoch jadrových reaktorov alebo aplikácie pre pyrochemické separačné technológie vyhoreného jadrového paliva, či pri elektrochemickom vylučovaní kovov. Základným predpokladom pre ich akékoľvek využitie je znalosť základných fyzikálnochemických vlastností, a to v čo najširšom koncentračnom a tepelnom intervale. Preto cieľom práce bude analýza vybraných fluoridových taveninových systémov s prechodnými d-prvkami alebo vnútorne prechodnými f-prvkami z hľadiska fázových rovnováh, objemových, povrchových a  transportných vlastností.
  • študijný odbor: Anorganická chémia, Anorganická technológia a materiály

Fázové rovnováhy, elektrochemické a fyzikálno-chemické charakteristiky fluoridových tavenín pre vylučovanie kovov vzácnych zemin a iných kovov deklarovaných Európskou komisiou ako kritické materiály

Školiteľ: Ing. Michal Korenko, PhD. (Oddelenie taveninových sústav)

  • Hlavne kovy vzácnych zemín, ale aj horčík a iné materiály deklarovala Europská komisia ako kritické z pohľadu EÚ z dôvodu čínskej dominancie vo výrobe týchto, pre ekonomiky EÚ, veľmi dôležitých materiálov. Recyklačné technológie týchto materálov sú klúčom k zmierneniu európskej závislosti na čínskom importe. Elektrolytické vylučovanie týchto kovov z tavenín je jednou z ciest ich recyklácie. Podrobné preskúmanie ich fázových rovnovách a iných, hlavne elektrochemických charakteristík, je nevyhnutnou podmienkou pre úspečnú komercionalizáciu vysokoteplotných recyklačných taveninových procesov. V projekte sa hlavne zameriame na identifikáciu vhodných taveninových systémov a ich electrochemickú (kinetické a difúzne parametre) a fyzikálno-chemickú analýzu (fázové rovnováhy, transportné charakteristiky, objemové a povrchové vlastnosti).
  • študijný odbor: Anorganická chémia, Anorganická technológia a materiály