Ne (6942)
Počet nalezených dokumentů:
6942
Publikováno od
do
Měření ionizujícího záření v mobilní robotice
Lázna, Tomáš; Duchoň,, František; Janda, Jiří; Žalud, Luděk
2024 - anglický
Tato disertační práce se věnuje oblasti měření ionizujícího záření prostřednictvím autonomních robotických platforem, konkrétně pozemních robotů a bezpilotních leteckých systémů. Zaměřuje se na dva hlavní cíle, a to na radiační mapování a lokalizaci radioaktivních zdrojů. Autor představuje různé systémy pro detekci radiace a zabývá se jejich integrací na pozemní i vzdušné roboty. Nedílnou součástí výzkumu je vývoj metod pro zjištění pozic zářičů, a to nejen pomocí systematického průzkumu podél předem naplánované trasy, ale také s využitím aktivního upravování měřicí trajektorie za účelem zrychlení tohoto procesu. V rámci aktivní lokalizace jsou prověřovány také směrově citlivé senzory. Tato práce zkoumá i výhody spolupráce mezi pozemními a leteckými platformami, čímž demonstruje praktickou využitelnost prezentovaných postupů. Další oblastí využití robotů je trojrozměrné radiační mapování budov prostřednictvím bezpilotního letadla. Většina navržených algoritmů byla experimentálně ověřena v terénu. This thesis discusses ionizing radiation measurements conducted by autonomous robotic platforms, namely, unmanned ground vehicles and unmanned aircraft systems. The research comprises two fundamental tasks: radiation mapping and the localization of radioactive sources. The author introduces various radiation detection systems and explores their integrability into terrestrial and aerial robots. The experimentation is designed to develop methods for retrieving the positions of radiation emitters. The actual effort to produce such techniques embraces both systematic pre-planned surveys and active adjustment of the measurement trajectories to accelerate the process. Notably, this type of adjustment also involves directionally sensitive sensors. The thesis investigates the benefits of collaboration between ground and aerial platforms in detailed radiation mapping, exposing a practical application scenario. Furthermore, a possible use case rests in three-dimensional radiological characterization of a building via an unmanned aircraft. The majority of the proposed algorithms have been validated through real-world experiments that have confirmed their robustness and practicality.
Klíčová slova:
Radiation mapping; radiation source search; mobile robotics; cooperative robots; environmental monitoring; Radiační mapování; vyhledávání zdrojů radiace; mobilní robotika; kooperativní roboti; monitorování prostředí
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Měření ionizujícího záření v mobilní robotice
Tato disertační práce se věnuje oblasti měření ionizujícího záření prostřednictvím autonomních robotických platforem, konkrétně pozemních robotů a bezpilotních leteckých systémů. Zaměřuje se na dva ...
Popis šíření creepové trhliny v polymerních materiálech
Trávníček, Lukáš; Nezbedová,, Eva; Padovec,, Zdeněk; Hutař, Pavel
2024 - anglický
Požadovaná životnost plastových trubek používaných v tlakových systémech je 50 let. Zároveň je však vyvíjen tlak na použití recyklovaných materiálů, které mají podstatně horší mechanické vlastnosti a samotné je pro výrobu tlakových polymerních potrubí nelze použít. Tyto dvě protichůdné podmínky jdou skloubit pomocí trubky vytvořené z více vrstev, kde pro kritické časti, kterými jsou vnější a vnitřní povrch, je použit moderní odolný materiál. Na druhou stranu pro střední vrstvu, jejíž mechanické vlastnosti nejsou tak důležité z pohledu dlouhodobé životnosti, je možno použit materiál recyklovaný. Hlavním cílem této práce je navrhnout geometrii popsaného vícevrstvého potrubí s využitím recyklovaného materiálu při zachování minimální požadované životnosti. Životnost polymerních trubek je poměrně náročné testovat za běžných provozních podmínek z časových důvodů. Je však možné ji odhadnout, neboť nejčastější mechanismus poškození je pomalé šíření trhliny. Metodika odhadu životnosti využívá parametrů lineární elastické lomové mechaniky pro popis šíření těchto trhlin. Důležitou součástí je pak simulace šíření trhliny v trubce metodou konečných prvků se zohledněním různých typů zatížení, kterým je trubka v provozu vystavena. Mezi tyto zatížení patří reziduální napětí a zatížení způsobené tíhou zeminy, dopravou nebo kameny, pokud je trubka zakopána. Pro určení reziduálního napětí byla vyvinuta metodika, která využívá kombinace experimentů a numerického modelování a která byla také použita. Případ zakopané trubky je také simulován pomocí metody konečných prvků. Část práce je věnována měření rychlosti šíření creepové trhliny pomocí CRB testů (cracked round bar) a následnému vyhodnocení experimentálních dat. Rychlost šíření creepové trhliny spolu s kombinací s výsledky numerického modelování bude použita pro stanovení odhadu životnosti vícevrstvé polymerní trubky obsahující recyklovaný materiál. The lifetime of plastic pipes for pressurized systems is demanded to be at least 50 years. At the same time, the potential for recycling plastic waste is unexploited, therefore, using recycled material in pressurized plastic systems might become a reality in the future. However, the recycled material has low mechanical properties compared to the virgin one, and is restricted for pressurized pipe applications. These two contradictory conditions can be combined using a pipe consisting of a few layers of different materials. It is necessary to use modern, durable material for the critical parts, which are inner and outer surfaces. On the other hand, for the main pipe, it is possible to use material with lower mechanical properties – recycled material. The main aim of the presented work is to design a multilayer polymer pipe, where the middle layer will contain recycled material and the demanded lifetime of 50 years will be met. The lifetime in operating conditions is difficult to prove by standard testing methods. However, it is possible to estimate the lifetime as the most frequently occurring damage mechanism is the slow crack growth. The methodology is based on the description of crack propagation by linear elastic fracture mechanics parameters. An important part of this methodology is a finite element simulation of crack propagation in a pipe loaded by different types of loads, such as residual stress, soil loading, loading from traffic, and point load caused by stones when a pipe is buried. For the determination of residual stress, a methodology taking advantage of experimental measurements and numerical modeling has been developed. The case of buried pipe is also studied by numerical modeling. Part of the presented work is dedicated to the experimental measurement of creep crack growth in CRB (cracked round bar) specimens with the necessary data evaluation. The creep crack growth combined with the results of numerical modeling will be implemented into an estimation of the lifetime of a multilayer pipe with recycled material content.
Klíčová slova:
recycled material; multilayer polymer pipes; finite element method; creep crack growth; linear elastic fracture mechanics; lifetime estimation; recyklovaný materiál; vícevrstvé polymerní trubky; metoda konečných prvků; šíření creepové trhliny; lineární elastická lomová mechanika; odhad životnosti
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Popis šíření creepové trhliny v polymerních materiálech
Požadovaná životnost plastových trubek používaných v tlakových systémech je 50 let. Zároveň je však vyvíjen tlak na použití recyklovaných materiálů, které mají podstatně horší mechanické vlastnosti a ...
Polymerní metamateriály s pokročilými mechanickými vlastnostmi
Štaffová, Martina; Lehocký,, Marian; Kotoul, Michal; Jančář, Josef
2024 - anglický
Práce se zabývá 3D tištěnými polymerními auxetickými strukturami s důrazem na jejich mechanické vlastnosti. Pro zlepšení mechanických vlastností, zejména poměru schopnosti absorpce energie k hmotnosti při tlakovém zatížení, byly použity různé návrhy auxetických re-entrantních struktur. Struktury byly vytištěny pomocí stereolitografické 3D tiskárny. Byl vyvinut a systematicky demonstrován nový nástroj pro komplexní charakterizaci 3D tištěných těles s využitím komerční fotopolymerizační pryskyřice s volnými radikály. Metoda se opírá o statický a oscilační mechanický test kombinující měření teploty průhybu při zatížení (HDT) s dynamickou mechanickou analýzou (DMA) v jediném testu pro rychlou a spolehlivou charakterizaci parametrů určujících chování fotopolymeru při vytvrzování. Byly zkoumány podmínky tisku a doba vytvrzení, aby byl objasněn jejich vliv na vnitřní napětí v 3D tištěných tělesech. Auxetické struktury byly vytištěny pomocí flexibilní a tuhé pryskyřice a byl zkoumán vliv poréznosti, velikosti buněk a strukturálních gradientů na mechanické vlastnosti. Výsledky byly vyhodnoceny z konstrukčního a materiálového hlediska pro fotopryskyřice nad a pod Tg. Nejlepší účinnost absorbování energie byla zjištěna u biaxiálně orientované struktury s nejvyšší lokální porozitou umístěnou ve středu. Prezentovaná data přispívají k základnímu pochopení účinků designu buněk na deformační odezvu auxetických struktur a mohou pomoct při návrhu nových struktur s lepšími mechanickými vlastnostmi. Výsledky zároveň demonstrují všestrannost 3D tisku při realizaci komplexních, přírodou inspirovaných struktur. Thesis deals with 3D printed polymeric auxetic structures with an emphasis on their mechanical performance. Different designs of auxetic re-entrant cell architectures were used to enhance mechanical properties, especially the energy-absorption-to-weight ratio under compressive loading. The lattice structures were 3D printed by vat photopolymerization masked-stereolithography technique. A novel tool for the complex characterization of 3D printed bodies was developed and systematically demonstrated employing a commercial free-radical photopolymerization resin. The method relies on superimposed static and oscillatory mechanical test combining the heat deflection temperature (HDT) measurement with the dynamic mechanical analysis (DMA) in a single test for fast and reliable characterization of parameters determining the curing behavior of the photopolymer. The influence of printing conditions and post-curing time was investigated to elucidate their effects on residual stresses in 3D-printed cellular bodies. The auxetic architectures were printed using flexible and stiff resins, and the effect of porosity, cell size, and structural gradients was investigated. The results were evaluated from a structural and material point of view, comparing materials above and below Tg. The best energy-absorbing performance was found in a biaxially graded structure with a center-wise location of the highest local porosity. The presented data contribute to a fundamental understanding of the effects of lattice architecture on the deformation response of auxetic structures and identifies routes for structurally tuning the auxetic structures mechanical performance. In addition, the results demonstrate the versatility offered by additive manufacturing techniques in physically realizing complex nature inspired structural architectures.
Klíčová slova:
3D printing; masked stereolithography; post processing; DMA; re-entrant auxetic structures; Poisson’s ratio; gradient; specific energy absorption; porosity; 3D tisk; stereolitografie; DMA; vytvrzení; re-entrantní auxetická struktura; Poissonův poměr; gradient; specifická absorpční energie; porozita
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Polymerní metamateriály s pokročilými mechanickými vlastnostmi
Práce se zabývá 3D tištěnými polymerními auxetickými strukturami s důrazem na jejich mechanické vlastnosti. Pro zlepšení mechanických vlastností, zejména poměru schopnosti absorpce energie k hmotnosti ...
Nanostruktury pro pokročilé plazmonické aplikace
Kejík, Lukáš; Brzobohatý,, Oto; Dostálek,, Jakub; Šikola, Tomáš
2024 - anglický
Plazmonika, charakterizovaná spojením oscilací volných elektronů v kovech s elektromagnetickými vlnami, se dostala do popředí s pokroky v nanotechnologiích. Tato synergie vede k pozoruhodným vlastnostem objektů v nanoměřítku, vyznačujících se lokalizovaným a zesíleným elektromagnetickým polem. Tyto vlastnosti umožňují širokou škálu aplikací nanostruktur, zahrnujících biodetekci, zesilování emise, získávání solární energie a náhrazování optických komponent. Tato dizertační práce je zaměřena na aplikace plazmonických nanostruktur, primárně na plošné optické komponenty známé jako metapovrchy. Kromě toho zkoumá jejich použití ve fotokatalytických aplikacích, využívajících energetické horké nosiče náboje generované prostřednictvím plazmoniky. Dizertační práce začíná úvodem do teoretických základů plazmoniky, zdůrazněním klíčových parametrů řídících plazmonické vlastnosti a přehledem jejích nejpřesvědčivějších aplikací. Následně obsahuje čtyři experimentální části, které ukazují využití plazmonických nanostruktur pro různé účely, včetně ovládání fáze světla, dynamických metapovrchů, zkoumání efektů vnitřní krystalinity a využití horkých nosičů náboje ve fotoelektrochemických systémech. Tyto studie spojuje využití pokročilých nebo méně konvenčních materiálů, jako je oxid vanadičný nebo dichalkogenidy přechodných kovů, v oblasti plazmoniky a nanotechnologií. Plasmonics, characterized by the coupling of free electron oscillations in metals with electromagnetic waves, has come to the forefront with advancements in nanotechnology. This synergy results in remarkable properties of nanoscale objects, characterized by confined and enhanced electromagnetic fields. These features pave the way for a wide array of nanostructure applications, spanning biosensing, emission enhancement, solar energy harvesting, and optical component substitution. This dissertation is centered on the application of plasmonic nanostructures, primarily focusing on planar optical components known as metasurfaces. Additionally, it explores their use in photocatalytic applications, harnessing the energetic hot charge carriers generated through plasmonics. The dissertation begins with an introduction to the theoretical foundations of plasmonics, highlighting key parameters governing plasmonic properties and providing an overview of its most compelling applications. Subsequently, it comprises four experimental sections which show the utilization of plasmonic nanostructures for various purposes, including the phase of light control, dynamic metasurfaces, investigations of inner crystallinity effects, and the utilization of hot charge carriers in photoelectrochemical systems. These studies share a common theme of employing advanced or less conventional materials, such as vanadium dioxide or transition metal dichalcogenides, within the realms of plasmonics and nanotechnology.
Klíčová slova:
plasmonics; nanostructures; metasurfaces; electrochemistry; photoelectrochemistry; hot carriers; vanadium dioxide; tungsten disulphide; nanotubes; plazmonika; nanostruktury; metapovrchy; elektrochemie; fotoelektrochemie; horké náboje; oxid vanadičitý; sulfid wolframičitý; nanotrubice
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Nanostruktury pro pokročilé plazmonické aplikace
Plazmonika, charakterizovaná spojením oscilací volných elektronů v kovech s elektromagnetickými vlnami, se dostala do popředí s pokroky v nanotechnologiích. Tato synergie vede k pozoruhodným ...
Privacy-Enhancing Technologies and Privacy-Enhancing Cryptography for Wearables
Casanova-Marqués, Raúl; Pendo,, Cristiano Gonçalves; PhD, Lukasz Michal Chmielewski,; Hajný, Jan
2024 - anglický
The increasing concern surrounding privacy and the safeguarding of digital identities has emphasized the pressing necessity of establishing secure and confidential communication channels. This concern has led to the development of cryptographic mechanisms aimed at facilitating impervious information exchange. Nevertheless, traditional cryptographic approaches are proving insufficient in dynamic and resource-constrained environments, such as wearable devices. As a result, attribute-based credential schemes have emerged as a promising solution, offering fine-grained access control to digital services based on user-specific attributes. This doctoral thesis examines the efficacy and scalability of attribute-based anonymous credential schemes in ensuring the authenticity and security of users within dynamic architectures of wearable devices. It also explores enhancements to these schemes, with a primary focus on incorporating user revocation while maintaining privacy. Additionally, the thesis presents devised mechanisms to enable attribute-based authentication protocols on smart cards with limited support for elliptic curve cryptography. It addresses specific challenges associated with the usability of smart cards. Moreover, the thesis investigates the integration of anonymous authentication schemes in collaborative indoor positioning systems, aiming to provide privacy and security. Lastly, it explores the implementation of attribute-based authentication schemes in resource-constrained environments, with an emphasis on Internet of Things devices, and evaluates their feasibility within the dynamic architectures of wearable devices. The first contribution of this thesis introduces a purposefully designed protocol for anonymous authentication on smart cards. This protocol combines attribute-based credentials and user revocation while ensuring computational efficiency. To facilitate effective implementation and evaluation, the thesis employs smart cards equipped with the MULTOS operating system. The second contribution focuses on optimizing the capabilities of smart cards using Java Card technology for the implementation of attribute-based credential schemes. These smart cards are presented as a more accessible alternative for a wider consumer base. To overcome limitations in their application programming interface, the thesis devises strategies to augment the constrained support for elliptic curve cryptography and effectively implement such schemes. The third contribution presents the Privacy-Enhancing Authentication System, a robust solution compatible with smart cards, smartphones, and smartwatches. This system addresses the functional challenges associated with smart cards, including the absence of a graphical interface and limited user control over attribute disclosure. Consequently, it offers a practical and deployable solution for real-world scenarios. Finally, the thesis proposes a groundbreaking scheme to safeguard collaborative indoor positioning systems by addressing both privacy and security concerns. This scheme ensures the preservation of privacy and security by eliminating centralized architectures and employing encryption techniques for positioning information. The thesis includes comprehensive details such as protocol use cases, implementation specifics, execution benchmarks, and a comparative analysis with existing protocols. The increasing concern surrounding privacy and the safeguarding of digital identities has emphasized the pressing necessity of establishing secure and confidential communication channels. This concern has led to the development of cryptographic mechanisms aimed at facilitating impervious information exchange. Nevertheless, traditional cryptographic approaches are proving insufficient in dynamic and resource-constrained environments, such as wearable devices. As a result, attribute-based credential schemes have emerged as a promising solution, offering fine-grained access control to digital services based on user-specific attributes. This doctoral thesis examines the efficacy and scalability of attribute-based anonymous credential schemes in ensuring the authenticity and security of users within dynamic architectures of wearable devices. It also explores enhancements to these schemes, with a primary focus on incorporating user revocation while maintaining privacy. Additionally, the thesis presents devised mechanisms to enable attribute-based authentication protocols on smart cards with limited support for elliptic curve cryptography. It addresses specific challenges associated with the usability of smart cards. Moreover, the thesis investigates the integration of anonymous authentication schemes in collaborative indoor positioning systems, aiming to provide privacy and security. Lastly, it explores the implementation of attribute-based authentication schemes in resource-constrained environments, with an emphasis on Internet of Things devices, and evaluates their feasibility within the dynamic architectures of wearable devices. The first contribution of this thesis introduces a purposefully designed protocol for anonymous authentication on smart cards. This protocol combines attribute-based credentials and user revocation while ensuring computational efficiency. To facilitate effective implementation and evaluation, the thesis employs smart cards equipped with the MULTOS operating system. The second contribution focuses on optimizing the capabilities of smart cards using Java Card technology for the implementation of attribute-based credential schemes. These smart cards are presented as a more accessible alternative for a wider consumer base. To overcome limitations in their application programming interface, the thesis devises strategies to augment the constrained support for elliptic curve cryptography and effectively implement such schemes. The third contribution presents the Privacy-Enhancing Authentication System, a robust solution compatible with smart cards, smartphones, and smartwatches. This system addresses the functional challenges associated with smart cards, including the absence of a graphical interface and limited user control over attribute disclosure. Consequently, it offers a practical and deployable solution for real-world scenarios. Finally, the thesis proposes a groundbreaking scheme to safeguard collaborative indoor positioning systems by addressing both privacy and security concerns. This scheme ensures the preservation of privacy and security by eliminating centralized architectures and employing encryption techniques for positioning information. The thesis includes comprehensive details such as protocol use cases, implementation specifics, execution benchmarks, and a comparative analysis with existing protocols.
Klíčová slova:
Cryptographic protocols; attribute-based authentication; attribute-based credentials; privacy protection; anonymity; user revocation; smart cards; wearable architectures; Internet of Things; collaborative indoor positioning systems; elliptic curve cryptography.; Cryptographic protocols; attribute-based authentication; attribute-based credentials; privacy protection; anonymity; user revocation; smart cards; wearable architectures; Internet of Things; collaborative indoor positioning systems; elliptic curve cryptography.
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Privacy-Enhancing Technologies and Privacy-Enhancing Cryptography for Wearables
The increasing concern surrounding privacy and the safeguarding of digital identities has emphasized the pressing necessity of establishing secure and confidential communication channels. This concern ...
Holografická mikroskopie využívající koherenční brány
Ďuriš, Miroslav; Tyc,, Tomáš; Baránek,, Michal; Chmelík, Radim
2024 - anglický
Výskumníci v oblasti biomedicíny a metapovrchov opakovane siahajú po kvantitatívnom fázovom zobrazovaní (QPI) ako primárnej zobrazovacej technike vďaka jej vysokovýkonnému, neinvazívnemu a kvantitatívnemu charakteru. Preto si QPI rýchlo vybudovalo svoju nepostrádateľnú úlohu pri identifikácii zriedkavých javov a skríningu v biomedicíne alebo automatizovanej analýze obrazových dát pomocou umelej inteligencie. Tieto a mnohé ďalšie aplikácie zdieľajú náročné splnieľnú požiadavku na rozsiahle a kvalitné súbory dát. Táto práca sa zaoberá základnými problémami optického zobrazovania a to hlavne v biomedicínskom výskume. Výskum v tejto práci je zameraný na štúdium a vývoj nových zobrazovacích metód rozšírením možností koherenciou riadeného holografického mikroskopu. V práci sme sa zaoberali tromi hlavnými oblasťami biomedicínskeho zobrazovania: zobrazovaním v kalnom prostredí, QPI so superrozlíšením a rekonštrukciou 3D rozloženia indexu lomu. Na dosiahnutie takýchto ambicióznych výsledkov sme využili takzvaný efekt koherenčnej brány, ktorý sa zvyčajne využíva na zobrazovanie cez nepriehľadné médiá najmenej rozptýleným (balistickým) svetlom. Zobrazovanie v kalných prostrediach adresujeme v tejto práci tak, že neintuitívne používame koherenčnú bránu na zobrazovanie nebalistickým svetlom, čo nám umožňuje získať informácie chýbajúce v balistickom obraze. Kombinácia obrazov pre rôzne pozície koherenčnej brány nám umožňuje syntetizovať obraz kvalitnejší ako prístupy využívajúce len balistické svetlo. Toto experimentálne demonštrujeme na kvantitatívnom zobrazovaní cez hrubé biologické tkanivo. V práci boli skúmané dva prístupy k superrozlíšeniu kvantitatívneho fázového obrazu. Prvým je prístup adaptujúci syntetickú apertúru, pre ktorý opäť využívame efekty koherenčného bránovania čiastočne koherentného svetla v kombinácii so šikmým osvetlením, ktoré zabezpečuje difrakcia na jednoduchej šesťuholníkovej fázovej mriežke umiestnenej v blízkosti vzorky. Syntetizujeme QPI s výrazne zväčšeným pásmom priestorových frekvencií zo sekvenčne získaných obrazov vytvorených koherenčne filtrovaným svetlom rozptýleným do každého difrakčného rádu mriežky. Ďalej sme vyvinuli metódu tvarovania koherenčnej brány, ktorá umožňuje QPI so superrozlíšením v reálnom čase. V práci navrhujeme prístup založený na skutočnosti, že rozptylová funkcia nášho systému je súčin difrakčne limitovaného obrazu bodového objektu a funkcie koherenčnej brány, ktorú tvarujeme podobne ako superoscilačný hotspot. Výsledok súčinu je rozptylová funkcia so sub-difrakčne limitovanou šírkou centrálneho peaku a so zanedbateľnými postrannými maximami, ktoré sú bežnou prekážkou zobrazovania pomocou superoscilácií. Útlm postranných maxím a zlepšenie rozlíšenia sa odohráva súčasne v celom zornom poli. Preto predstavujeme prvé jednosnímkové QPI so superrozlíšením. Pri oboch metódach sme dosiahli zlepšenie rozlíšenia aspoň o 19\%. V práci sa taktiež venujeme aj 3D zobrazovaniu pomocou koherenciou riadeného holografického mikroskopu. Vyvinuli sme metódu na rekonštrukciu 3D distribúcie indexu lomu zo série kvantitatívnych fázových obrazov vzorky pre rôzné pozície v axiálnom smere. Rekonštruovaná distribúcia indexu lomu má vlastnosti podobné výstupom optickej difrakčnej tomografie. Zároveň je ale potrebný počet akvizícií v prípade navrhovanej metódy výrazne nižší. Náš prístup demonštrujeme pomocou simulovaných, ako aj experimentálnych údajov. Biomedical and metasurface researchers repeatedly reach for quantitative phase imaging (QPI) as their primary imaging technique due to its high-throughput, label-free, quantitative nature. Therefore, QPI has quickly established its role in identifying rare events and screening in biomedicine or automated image data analysis using artificial intelligence. These and many other applications share the requirement for extensive high-quality datasets, which is challenging to meet due to obstacles specific to each application. This thesis tackles the principal problems of optical imaging, mainly in biomedical research. The research aimed to study and develop new imaging methods by extending the capabilities of the coherence-controlled holographic microscope. In the thesis, we tackled three principal areas of biomedical imaging: turbid media imaging, super-resolution QPI, and 3D refractive index reconstruction. To achieve such ambitious results, we have utilized the so-called coherence-gating effect, typically exploited for imaging through disordered media by least-scattered (ballistic) light. To tackle turbid media imaging, we counterintuitively use the coherence gate for imaging by the non-ballistic light, enabling us to retrieve information missing in the ballistic image. A combination of images for different coherence gate positions allow us to synthesize an image of quality superior to ballistic light approaches, which we experimentally demonstrate on QPI through thick biological tissue. Two approaches to super-resolution QPI were explored in the thesis. First is the synthetic aperture approach, for which we again exploit the coherence-gating properties of the partially coherent light combined with the oblique illumination provided by the diffraction on a simple hexagonal phase grating placed near the specimen. We synthesize synthetic aperture QPI with significantly increased spatial frequency bandwidth from sequentially acquired images formed by the coherence-gated light scattered into each grating's diffraction order. Second, we developed the coherence gate shaping method allowing real-time super-resolution QPI. We propose an approach based on the fact that our system's point spread function (PSF) is a product of the diffraction-limited spot and the coherence-gating function, which we shape similarly to the superoscillatory hotspot. The product simultaneously produces the PSF with a super-resolution central peak and minimizes sidelobe effects, the common obstacle of superoscillatory imaging. The attenuation of sidelobes and resolution improvement co-occur in the entire field of view. Therefore, we present the first single-shot wide-field super-resolution QPI. For both methods, we achieved a resolution improvement of at least 19\%. Furthermore, we demonstrate the feasibility of the proposed methods by imaging biological specimens with super-resolution. In the thesis, we also address 3D imaging by the coherence-controlled holographic microscope. We developed a method for 3D refractive index distribution reconstruction from a z-stack QPI measurement. The reconstructed refractive index distribution has qualities similar to the outputs of optical diffraction tomography. At the same time, the required number of acquisitions is significantly lower in the case of the proposed method. We demonstrate our approach using simulated as well as experimental data.
Klíčová slova:
holographic microscopy; imaging in turbid media; coherence gate; super-resolution; 3D imaging; holografická mikroskopia; zobrazovanie v opticky kalných prostrediach; koherenčná brána; super-rozlíšenie; 3D zobrazovanie
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Holografická mikroskopie využívající koherenční brány
Výskumníci v oblasti biomedicíny a metapovrchov opakovane siahajú po kvantitatívnom fázovom zobrazovaní (QPI) ako primárnej zobrazovacej technike vďaka jej vysokovýkonnému, neinvazívnemu a ...
Využití nových přístupů ke gelaci alginátu při přípravě bioinokulantů nové generace
Gašparová, Dominika; Pekař, Miloslav; Sedláček, Petr
2024 - anglický
Tato diplomová práce se zaměřuje na různé strategie síťování alginátu, s cílem posunout vpřed vývoj bioinokulantů nové generace. Zkoumání různých strategií gelování se aplikuje na pět komerčně dostupných alginátů a izolovaný bakteriální alginát. Experimenty zahrnující přípravu alginátového makrogelu sloužily ke stanovení výskytu a kvality síťování, které byly analyzovány amplitudovými testy. Výběr vhodných síťovacích činidel a stanovení jejich optimálních koncentrací byly klíčovými cíli. Síťovací činidla, která byla vybrána jako vhodná pro makro- i mikroenkapsulační procesy, byly ty obsahující chlorid zinečnatý, chlorid hlinitý, chlorid barnatý, síran vápenatý a chlorid železitý. Optimální podmínky síťování byly stanoveny při teplotě 7~°C a optimální délka doby síťování v rozmezí od 30 do 120 minut. Byly provedeny komparativní analýzy šesti vybraných síťovacích činidel a to prostřednictvím analýzy mechanických vlastností skrz squeeze test, termogravimetrickou analýzou, botnáním gelu a obrazovou analýzou. Síťování barnatým síťovacím činidlem prokázalo slibné výsledky při zachování obsahu vody během rehydratace, zatímco sítování zinečnatým síťovacím činidlem dosáhlo nejvyššího obsahu sušiny. Obrazová analýza odhalila menší gelové perly tvořené síťovacími činidly s obsahem hliníku a barya, což naznačuje jejich účinnost. Mikroenkapsulované gelové perly, zejména ty síťované s baryem, prokázaly potenciál díky jejich menší velikosti. Vrcholem pokusů bylo síťování bakteriální kultury, kde hliníková a barnatá síťovací činidla dosahovala nejmenších gelových perel. Obzvlášť síťování barnatým činidlem dosahovalo nejmenších velikostí s nejmenší odchylkou, indikujíc jeho efektivitu. This master's thesis focuses on diverse alginate crosslinking strategies, aiming to advance the development of next-generation bioinoculants. Investigating various gelation strategies is applied to five commercially available alginates and isolated bacterial alginate. Experiments focused on alginate macrogel preparation assessed the occurrence and quality of crosslinking, which was analyzed by incorporating both amplitude and frequency testing methodologies. Selecting appropriate crosslinking agents and determining their concentrations were essential objectives. Crosslinking agents such as those containing zinc chloride, aluminum chloride, barium chloride, calcium sulphate and ferric chloride solution were evaluated, with all proving effective in both macro- and microencapsulation processes. Optimization efforts included studying crosslinking conditions, with favorable results observed at a temperature of 7°C and optimal crosslinking durations ranging from 30 to 120 minutes. Comparative analyses of six selected crosslinking agents revealed notable findings in gel swelling studies and mechanical property assessments via the squeeze test, thermogravimetric analysis and image analysis. Barium crosslinking demonstrated promising results in preserving water content during rehydration, while zinc-based crosslinking achieved the highest dry matter content. Image analysis unveiled smaller gel beads formed with aluminum and barium crosslinking agents, indicating their effectiveness. Microencapsulated gel beads, particularly those crosslinked with barium, showed potential due to their reduced size. The experiment's pinnacle was the bacterial culture's gelation, where aluminum and barium crosslinking solutions yielded the smallest particle sizes. Notably, barium crosslinking resulted in the smallest area and error bar, indicating its effectiveness.
Klíčová slova:
alginate; bioinoculants; gelation strategies; crosslinking agent; macroencapsulation; microencapsulation; gel swelling; squeeze test; image analysis; alginát; bioinokulanty; gelační strategie; síťovací činidlo; makroenkapsulace; mikroenkapsulace; botnání; squeeze test; obrazová analýza
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Využití nových přístupů ke gelaci alginátu při přípravě bioinokulantů nové generace
Tato diplomová práce se zaměřuje na různé strategie síťování alginátu, s cílem posunout vpřed vývoj bioinokulantů nové generace. Zkoumání různých strategií gelování se aplikuje na pět komerčně ...
Podporovaný nanostrukturovaný Pd katalyzátor na bázi depozice atomárních vrstev: od oxidace metanolu po vývoj vodíku
Bawab, Bilal; Knez, Mato; Nielsch, Kornelius; Macák, Jan
2024 - anglický
V této práci byly zkoumány katalytické schopnosti druhů Pd deponovaných metodou Atomic Layer Deposition (ALD) na různých substrátech. Druhy Pd složené z nanočástic (NP) a jednotlivých atomů (SA) byly syntetizovány na vrstvách anodických nanotrubiček TiO2 (TNT) a uhlíkových papírech, aby se prozkoumalo jejich chování při elektrooxidaci methanolu a reakci vývoje alkalického vodíku (HER). Pd NP byly naneseny na vrstvy TNT jako katalyzátor oxidace methanolu, čímž se využil jejich velký povrch a přímý elektrický kontakt přes titanovou fólii. TEM analýza ukázala velikosti částic Pd mezi 7 a 12 nm, s posunem k tvorbě porézní vrstvy Pd po 450 cyklech ALD. Cyklická voltametrie odhalila, že katalytická aktivita dosáhla vrcholu po 400 a 450 cyklech, což ukazuje na optimální zatížení Pd a vlastnosti proti otravě, což potenciálně umožňuje přímou konverzi CH3OH na CO2. Další role Pd dosáhla přítomností SA a NP. Druhy Pd byly dekorovány na uhlíkových papírech a byly studovány jako HER katalyzátor. vzorky před a po elektrochemických měřeních byly charakterizovány rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií potvrzující přítomnost druhů Pd2+. Elektrochemicky aktivní povrchová plocha se významně zvýšila s cykly ALD a dosáhla plató při 300c Pd. Pozoruhodné je, že CP 600c Pd vykazoval nadměrný potenciál 4,55 mV, což je nejnižší hodnota udávaná pro Pd elektrokatalyzátory v alkalických podmínkách. To zdůrazňuje synergické účinky Pd konfigurací na zesílení HER a zkoumá mechanismus, kterým dochází k HER procesu. In this thesis, the catalytic capabilities of Pd species deposited by Atomic Layer Deposition (ALD) was explored on different substrates. Pd species composed of Nanoparticles (NPs) and Single atoms (SAs) were synthesized on anodic TiO2 nanotube (TNT) layers and carbon papers, respectively, to investigate their performance in methanol electro-oxidation and the alkaline hydrogen evolution reaction (HER). Pd NPs were deposited on TNT layers as methanol oxidation catalyst, leveraging their large surface area and direct electrical contact through the titanium foil. TEM analysis showed Pd particle sizes between 7 and 12 nm, with a shift to a porous Pd layer formation beyond 450 ALD cycles. Cyclic voltammetry revealed that catalytic activity peaked at 400 and 450 cycles, indicating optimal Pd loading and anti-poisoning characteristics, potentially enabling direct CH3OH to CO2 conversion. The other role the Pd achieved through the presence of SAs and NPs. Pd species were decorated on carbon papers were studied as HER catalyst. the samples before and after electrochemical measurements were characterized with X-ray photoelectron spectroscopy confirming the presence of Pd2+ species. The electrochemical active surface area increased significantly with ALD cycles, reaching a plateau at 300c Pd. Notably, CP 600c Pd demonstrated an overpotential of 4.55 mV, the lowest reported for Pd electrocatalysts in alkaline conditions. This highlights the synergistic effects of Pd configurations on HER enhancement and explores the mechanism by which the HER process occurs.
Klíčová slova:
Atomic Layer Deposition; HER; MOR; catalysis; Pd species; poisoning; overpotential; alkaline; stable; water splitting; clean hydrogen; fuel cells; Depozice Atomové Vrstvy; HER; MOR; katalýza; druhy Pd; otrava; nadměrný potenciál; alkalický; stabilní; štěpení vody; čistý vodík; palivové články
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Podporovaný nanostrukturovaný Pd katalyzátor na bázi depozice atomárních vrstev: od oxidace metanolu po vývoj vodíku
V této práci byly zkoumány katalytické schopnosti druhů Pd deponovaných metodou Atomic Layer Deposition (ALD) na různých substrátech. Druhy Pd složené z nanočástic (NP) a jednotlivých atomů (SA) byly ...
Návrh nových elektrodových materiálů s katalyzátorem pro elektrochemické snímání a energetické aplikace
Kandambath Padinjareveetil, Akshay Kumar; Escarpa, Alberto; Vidal, Salvador Pané; Pumera, Martin
2024 - anglický
Exponenciální nárůst potřeby energie spolu s rostoucími nároky na zdravotnický sektor způsobuje velká rizika pro přežití lidstva na Zemi. V současné době probíhá intenzivní výzkum s cílem nalézt ideální řešení k překonání těchto globálních výzev. Využití elektrochemických energetických technologií je velmi žádané pro zmírnění rostoucích energetických požadavků ve spojení s výrobou novějších elektrokatalyzátorů, které jsou levné, účinné a odolné pro využití takových zařízení pro komerční aplikace ve velkém měřítku. Ačkoli se opakovaně studuje několik katalytických materiálů, existuje potřeba dalšího výzkumu katalyzátorů. V této studii jsou představeny nové techniky přípravy katalyzátorů pro vývoj aplikací těchto katalyzátorů pro výrobu vodíku a amoniaku. S rozšiřujícím se rozsahem technologie 3D tisku je také podrobně diskutována výroba elektrokatalyzátorů prostřednictvím této technologie s důrazem na elektrokatalytické aplikace, jako je výroba vodíku, syntéza amoniaku a redukce oxidu uhličitého. Kromě katalýzy tato práce také hodnotí potenciální možnosti využití technologie 3D tisku pro biomedicínské aplikace, jako jsou elektrochemické sensory. V sourhnu, práce si klade za cíl výzkum pokročilých elektrokatalůyzátorů spolu s poskytnutím vhledu do navrhování a konstrukci materiálů aktivních elektrod pro přeměnu energie a aplikace elektrochemických sensorů. The exponential increase in energy crises along with rising health issues is causing enormous risks to the survival of human life on Earth. Immense research is being undertaken currently to find an ideal solution to overcome these global challenges. Employing electrochemical energy technologies are thus in high demand to mitigate the growing energy requirements along with fabricating newer electrocatalysts that are cheap, efficient, and durable for utilization of such devices for large-scale commercial applications. Although several catalyst materials are being periodically studied, there is a need for more advanced studies in this direction. In the present study, newer catalyst fabrication techniques are introduced to develop application-specific catalysts for hydrogen and ammonia production. Also, with the broadening scope of the 3D-printing technology in recent times, electrocatalysts fabrication via this technology towards electrocatalytic applications such as hydrogen production, ammonia synthesis, and carbon dioxide mitigation are discussed in detail. In addition to catalysis, the current thesis also evaluates the potential possibilities of using 3D-printing technology for healthcare applications such as electrochemical sensors and emergency applications. In short, the thesis aims to provide an understanding of the recent advancements in electrocatalyst fabrications along with providing a fundamental foundation in designing, and engineering active electrode materials for energy conversion and electrochemical sensing applications.
Klíčová slova:
Electrocatalysts; 3D-printing; hydrogen evolution reaction; ammonia production; sensing; doping; dip-coating; graphene; MXene; MAX; TMDs; MOF; Elektrokatalyzátory; 3D tisk; Uývoj vodíku; výroba amoniaku; detekce; dopování; pokovování; grafen; MXen; MAX; TMD; MOF
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Návrh nových elektrodových materiálů s katalyzátorem pro elektrochemické snímání a energetické aplikace
Exponenciální nárůst potřeby energie spolu s rostoucími nároky na zdravotnický sektor způsobuje velká rizika pro přežití lidstva na Zemi. V současné době probíhá intenzivní výzkum s cílem nalézt ...
Heterogenní katalytická transformace organických látek a produkce vodíku
Tinoco Navarro, Lizeth Katherine; Lapčík,, Lubomír; Pinkas,, JIří; Cihlář, Jaroslav
2024 - anglický
Tato práce zahrnuje čtyři komplexní studie zaměřené na syntézu, strukturu a fotokatalytické vlastnosti materiálů na bázi TiO2, které přispívají k pokroku v udržitelné výrobě energie a sanaci životního prostředí. Výzkumy se ponoří do přizpůsobených syntetických přístupů, tvorby heterofázových spojů a složité souhry mezi vlastnostmi materiálu a fotokatalytickou aktivitou. První studie zkoumá vliv molárních poměrů kyseliny mléčné (LA)/Ti na syntézu komplexu nanočástic TiO2. Řízením poměrů LA/Ti se navrhují fázové složení a mezoporézní struktury, které významně ovlivňují fotokatalytický výkon při výrobě vodíku. Druhý výzkum zkoumá vliv substituovaných octových kyselin (SAA) na "mostovou" syntézu nanočástic TiO2 a odhaluje, jak SAA usnadňují vytváření heterofázových spojení mezi anatasem (A) a brookitem (B). Manipulace s elektronegativními skupinami SAA vytváří krátké můstky, které podporují kondenzaci, což vede ke zvýšené fotokatalytické aktivitě pro produkci vodíku. Na základě toho třetí výzkum analyzuje syntézu nanočástic anatasu/brookitu pomocí kyseliny monochloroctové (MCAA) a zkoumá vliv teploty kalcinace na jejich tvorbu heteropřechodů a fotokatalytické chování přítomnost Ti3+, Ti4+, Ti-O a Ti-OH. hydroxylové skupiny hrály významnou roli v procesu degradace. Komplexní analýzou fázových přechodů (anatas a brookit), velikostí krystalů (5 nm až 11 nm) a specifických povrchových ploch (180 až 70 m2 .g-1) tato studie odhaluje složitou souhru mezi strukturou a fotokatalytickou aktivitou. Čtvrtý výzkum zkoumá dopované aerogely TiO2. Studie syntetizuje aerogely dotované Ni-, Co-, Cu- a Fe a zkoumá jejich struktury a fotokatalytické aktivity během fotodegradace AO7. Přítomnost příměsí ve spojení s řízenými krystalickými fázemi a morfologiemi vede k mezoporézním aerogelům a vysokému specifickému povrchu 130 až 160 m2.g-1, s výjimečným fotokatalytickým výkonem aerogelů Ni-TiO2 a Cu-TiO2 kalcinovaných při 500 ° C. A konečně, tyto studie společně poskytují cenné poznatky o přizpůsobeném designu materiálů na bázi TiO2 pro vylepšené fotokatalytické aplikace. Výzkumy ukazují význam heterofázových spojů, řízených fázových složení a optimalizovaných povrchových struktur při podpoře separace náboje a minimalizaci rychlosti rekombinace. Souhrnné poznatky nejen prohlubují naše chápání fotokatalýzy, ale také přispívají k vývoji udržitelných a účinných materiálů se slibnými aplikacemi při výrobě obnovitelné energie a sanaci životního prostředí. This thesis encompasses four comprehensive studies focusing on the synthesis, structure, and photocatalytic properties of TiO2-based materials, contributing to the advancement of sustainable energy production and environmental remediation. The investigations delve into tailored synthesis approaches, heterophase junction formation, and the intricate interplay between the material properties and photocatalytic activity. The first study investigates the impact of lactic acid (LA)/Ti molar ratios on TiO2 nanoparticles' complex synthesis. By controlling LA/Ti ratios, phase compositions and mesoporous structures are designed, significantly affecting photocatalytic performance for hydrogen production. The second investigation explores the influence of substituted acetic acids (SAAs) on the "bridge" synthesis of TiO2 nanoparticles, revealing how SAAs facilitate the creation of heterophase junctions between anatase (A) and brookite (B). The manipulation of SAAs' electronegative groups produces short bridges that promote condensation, resulting in enhanced photocatalytic activity for hydrogen production. Building on this, the third research analyzes the synthesis of anatase/brookite nanoparticles using monochloracetic acid (MCAA) and investigates the influence of calcination temperature on their heterojunction formation and photocatalytic behavior the presence of Ti3+, Ti4+, Ti-O, and Ti-OH hydroxyl groups played a significant role in the degradation process. By comprehensively analyzing phase transitions (anatase and brookite) crystal sizes (5 nm to 11 nm), and specific surface areas (180 to 70 m2 .g-1), this study unravels the intricate interplay between structure and photocatalytic activity. The fourth investigation explore into doped TiO2 aerogels. The study synthesizes Ni-, Co-, Cu-, and Fe-doped aerogels, examining their structures and photocatalytic activities during AO7 photodegradation. The presence of dopants, coupled with controlled crystalline phases and morphologies, results in mesoporous aerogels and high specific surface area of 130 to 160 m2.g-1, with the exceptional photocatalytic performance of Ni-TiO2 and Cu-TiO2 aerogels calcined at 500 °C. Lastly, these studies together provide valuable insights into the tailored design of TiO2-based materials for enhanced photocatalytic applications. The investigations display the significance of heterophase junctions, controlled phase compositions, and optimized surface structures in promoting charge separation and minimizing recombination rates. The collective findings not only deepen our understanding of photocatalysis but also contribute to the development of sustainable and efficient materials with promising applications in renewable energy production and environmental remediation.
Klíčová slova:
Titanium Dioxide-TiO2; substituted acetic acids (SAAs); heterophase junctions; Anatase (A); Brookite (B); doped TiO2 aerogels; Ni-; Co-; Cu-; and Fe-dopants; photocatalytic activity; hydrogen production; AO7 photodegradation; Oxid titaničitý-TiO2; substituované kyseliny octové (SAA); heterofázové přechody; anatáza (A); brookit (B); dopované aerogely TiO2; dopanty Ni-; Co-; Cu- a Fe; fotokatalytická aktivita; produkce vodíku; AO7 fotodegradace
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Heterogenní katalytická transformace organických látek a produkce vodíku
Tato práce zahrnuje čtyři komplexní studie zaměřené na syntézu, strukturu a fotokatalytické vlastnosti materiálů na bázi TiO2, které přispívají k pokroku v udržitelné výrobě energie a sanaci životního ...
NUŠL poskytuje centrální přístup k informacím o šedé literatuře vznikající v ČR v oblastech vědy, výzkumu a vzdělávání. Více informací o šedé literatuře a NUŠL najdete na webu služby.
Vaše náměty a připomínky posílejte na email nusl@techlib.cz
Provozovatel
Zahraniční báze