Ne (6766)
Počet nalezených dokumentů:
6766
Publikováno od
do
Pokročilé výpočetní metody pro detekci CNV v bakteriálních genomech
Jugas, Robin; Bystrý, Vojtěch; Šafránek,, David; Vítková, Helena
2024 - anglický
Hlavní pozornost v oblasti strukturálních variací je zaměřena na lidské genomy. Detekce změny variace počtu kopií (CNV) u bakterií je tedy méně rozvinutou oblastí. Běžně používané metody detekce CNV neberou v úvahu specifika bakteriálních kruhových genomů a obecně existuje prostor pro zlepšení metrik výkonnosti. Tato práce představuje metodu detekce CNV nazvanou CNproScan zaměřenou na bakteriální genomy. CNproScan implementuje hybridní přístup kombinující signály hloubky čtení a párů čtení. Bere v potaz všechny vlastnosti bakterií a využívá pouze sekvenační data. Na základě výsledků ze srovnání dosáhl CNproScan velmi dobrých výsledků v různých podmínkách. Pomocí informací z párových čtení jsou CNV klasifikovány do několika kategorií. Ve srovnání s jinými metodami může CNproScan také detekovat mnohem kratší CNV. Vzhledem k nutnosti slučovat nejen signály různých přístupů, ale také výsledky různých algoritmů, dizertační práce také představuje pipelinu nazvanou ProcaryaSV vyvinutou k detekci CNV s využitim pěti nástrojů a slučování jejich výsledků. ProcaryaSV se stará o celý postup od kontroly kvality čtení, ořezávání konců čtení, zarovnání čtení až k detekci CNV. The focus in the field of structural variations is mainly focused on human genomes. Thus, detecting copy number variation (CNV) in bacteria is a less developed field. Commonly used CNV detection methods do not consider the features of bacterial circular genomes and generally, there is a space to improve performance metrics. This thesis presents a CNV detection method called CNproScan focused on bacterial genomes. CNproScan implements a hybrid approach combining read depth and read pair signals. It considers all bacteria features and depends only on NGS data. Based on the benchmarking results, the CNproScan achieved very well in various conditions. Using the read pair information, the CNVs are classified into several categories. Also, compared with other methods, CNproScan can detect much shorter CNV events. Because of the necessity of merging not only the various feature signals but also the results of different algorithms, the thesis also introduces a pipeline called ProcaryaSV developed to easily employ five CNV detection tools and merge their results. ProcaryaSV handles the whole procedure from quality check, reads trimming, and alignment to the CNV calling.
Klíčová slova:
Next-generation sequencing; Structural variation; Copy number variation; Bacteria; sekvenování nové generace; strukturální variace; variace počtu kopií; bakterie
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Pokročilé výpočetní metody pro detekci CNV v bakteriálních genomech
Hlavní pozornost v oblasti strukturálních variací je zaměřena na lidské genomy. Detekce změny variace počtu kopií (CNV) u bakterií je tedy méně rozvinutou oblastí. Běžně používané metody detekce CNV ...
Vývoj infračervené spektroskopie s Fourierovou transformací v silných magnetických polích
Dubnická Midlíková, Jana; Marsik, Přemysl; Schnegg, Alexander; Neugebauer, Petr
2024 - anglický
Infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR) v silných magnetických polích, zkráceně FTIR magnetospektroskopie, je výkonná spektroskopická technika používaná ke zkoumání mnoha důležitých jevů v materiálech, např. elektronové paramagnetické rezonance, cyklotronové rezonance a přechodů mezi Landauovými hladinami. Navzdory svému obrovskému potenciálu ve fyzice pevných látek jsou infračervené magnetospektrometry stále poměrně vzácné a vyráběné na zakázku, protože takové systémy obvykle vyžadují složitou infrastrukturu. Tato disertační práce podrobně popisuje návrh a realizaci univerzálního FTIR magnetospektroskopického zařízení pracujícího v rozsahu 50 – 10 000 cm-1, silném magnetickém poli až 16 T a teplotách mezi 2 – 320 K umístěné na Středoevropském technologickém institutu VUT v Brně. Toto zařízení nám umožňuje provádět různá magnetooptická měření v rozsahu od THz/vzdálené infračervené oblasti (FIR) až po blízkou infračervenou oblast (NIR). Skládá se z komerčního FTIR spektrometru spojeného s 16 T bezkryogenním supravodivým magnetem pomocí na míru navržené optické spojky a přenosových sond určených pro experimenty s více detektory a vzorky ve Faradayově geometrii. Novinka tohoto uspořádání spočívá v použití supravodivého magnetu bez kryogenu. Optimalizovali jsme a otestovali výkonnost FTIR magnetospektroskopického zařízení pro různé konfigurace a určili použitelný rozsah zařízení. Funkčnost FTIR magnetospektroskopického zařízení byla prokázána magnetooptickými měřeními štěpení při nulovém poli v jednoiontovém magnetu na bázi kobaltu(II) v oblasti FIR, nepřímých mezipásmových přechodů mezi Landauovými hladinami (LLs) v germániu v NIR oblasti a mezipásmových přechodů mezi LLs v grafenu v oblasti FIR. Kromě toho jsme změřili volt-ampérové charakteristiky grafenových bolometrických zařízení. Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy in high magnetic fields, concisely FTIR magneto-spectroscopy, is a powerful spectroscopic technique used to investigate many important effects in materials, e.g., electron paramagnetic resonance, cyclotron resonance, and transitions between Landau levels. Despite their enormous potential in solid-state physics, infrared magneto-spectrometers are still relatively rare and custom-made since such systems generally require complex infrastructure. This doctoral thesis describes in detail the design and implementation of a versatile FTIR magneto-spectroscopic setup operating in the range of 50 – 10 000 cm-1, high magnetic field up to 16 T and temperatures between 2 – 320 K located at the Central European Institute of Technology of Brno University of Technology. This setup allows us to perform a variety of magneto-optical measurements spanning the range from THz/far-infrared (FIR) to near-infrared (NIR). It consists of a commercial FTIR spectrometer coupled to a 16 T cryogen-free superconductive magnet by the custom-designed optical coupling and transmission probes designed for experiments with multiple detectors and samples in Faraday geometry. The novelty of the setup lies in the usage of a cryogen-free superconducting magnet. We have optimized and tested the performance of the FTIR magneto-spectroscopic setup for various configurations and determined a workable setup range. The functionality of the FTIR magneto-spectroscopic setup was demonstrated by the magneto-optical measurements of the zero-field splitting in cobalt(II)-based single ion magnet in the FIR region, indirect inter-band transitions between Landau levels (LLs) in germanium in the NIR region, and inter-band transitions between LLs in graphene in the FIR region. Moreover, we measured the I-V characteristics of graphene bolometer devices.
Klíčová slova:
Fourier-transform infrared (FTIR) magneto-spectroscopy; FTIR magneto-spectroscopic setup; cryogen-free superconducting magnet; single-molecule magnets; electron paramagnetic resonance; Landau levels; infračervená magnetospektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR); FTIR magnetospektroskopické zařízení; supravodivý magnet bez kryogenu; jednomolekulové magnety; elektronová paramagnetická rezonance; Landauovy hladiny
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Vývoj infračervené spektroskopie s Fourierovou transformací v silných magnetických polích
Infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR) v silných magnetických polích, zkráceně FTIR magnetospektroskopie, je výkonná spektroskopická technika používaná ke zkoumání mnoha ...
Rentgenová počítačová tomografie měkkých tkání
Kavková, Michaela; Tromba, Giuliana; Szabo-Rogers, Heather; Zikmund, Tomáš
2024 - anglický
Abstrakt Průmyslová rentgenová počítačová mikro tomografie (mikro CT) je nedestruktivní zobrazovací technika používaná pro vizualizaci vnitřních struktur vzorků a tvorbu přesných 3D modelů. Jádro této práce se zaměřuje na praktickou implementaci průmyslového mikro CT v oblasti biologického výzkumu se zaměřením na zobrazování měkkých tkání. Cílem této práce bylo prozkoumat potenciál mikro CT zobrazování jako nedestruktivní metody pro vizualizaci měkkých tkání a navrhnout komplexní metodiku pro přípravu vzorků a analýzu získaných dat ve specializovaných programech. Na příkladu případových studií jsou prezentovány aplikace mikro CT zobrazování v různorodých oblastech výzkumu vývojové biologie, poskytující metodologii pro přesnou 3D analýzu vybraných struktur. V závěru práce je diskutován potenciál zobrazování průmyslovým mikro CT v biologickém výzkumu, zaměřeným na schopnosti identifikovat anatomické struktury, sledovat vývojové procesy a zlepšit naše chápání komplexních biologických systémů. Abstract Industrial X-ray micro computed tomography (micro CT) is a non-destructive imaging technique used for visualization of internal structures of samples and creation of precise 3D models. The core of this thesis revolves around the practical implementation of industrial micro CT in biological research with focus on the imaging of soft tissues. The aim of this study was to explore the potential of industrial micro CT as a non-destructive imaging tool for soft tissue visualization and to propose complex methodology for preparation of the sample and the analysis of obtained data in the specialized software. In the thesis the case studies showcasing the diverse applications of micro CT in various developmental biology research domains are presented, providing the methodology for precise 3D analysis of the selected structures. The thesis concludes by summarizing the transformative potential of industrial micro CT in biological research, highlighting its ability to unveil intricate anatomical structures, track developmental processes, and enhance our understanding of complex biological systems.
Klíčová slova:
X-ray micro computed tomography; soft tissues; advanced 3D imaging; micro CT contrasting protocols; Rentgenová počítačová tomografie; měkké tkáně; pokročilé 3D zobrazování; kontrastovací protokoly pro mikro CT
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Rentgenová počítačová tomografie měkkých tkání
Abstrakt Průmyslová rentgenová počítačová mikro tomografie (mikro CT) je nedestruktivní zobrazovací technika používaná pro vizualizaci vnitřních struktur vzorků a tvorbu přesných 3D modelů. Jádro této ...
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 ...
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 ...
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 ...
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 ...
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 ...
Mechanismy poškození při multiaxiální únavě
Poczklán, Ladislav; Kunz,, Ludvik; Spätig, Philippe; Kruml, Tomáš
2024 - anglický
Práce se zabývá víceosou únavou austenitické korozivzdorné oceli 316L. Materiál byl zatěžován cyklicky v tahu/tlaku a krutu. Jejich kombinace byla použita pro testování ve dvou víceosých módech: in-phase (ve fázi) a out-of-phase (mimo fázi). Všechny zkoušky byly provedeny v režimu řízení celkové deformace za pokojové teploty. Výsledky únavových zkoušek naznačují, že cyklování v módu tah/tlak způsobuje nejrychlejší růst trhliny a nejkratší životnost. Naproti tomu torzní mód vedl k nejpomalejšímu šíření únavových trhlin a k nejdelším životnostem. Oba víceosé módy se ukázaly být podobně poškozující. Detailně byly studovány dva aspekty mikrostrukturních změn: vzniklé dislokační struktury a deformačně indukovaná martenzitická transformace. Oba jevy byly analyzovány pomocí elektronové mikroskopie. In-phase zatěžování stejně jako oba jednoosé módy vedly k vytvoření podobných dislokačních struktur odlišných od těch pozorovaných v out-of-phase módu což vedlo k odlišné mechanické odezvě. Stabilita austenitu během cyklování byla závislá na zatěžujícím módu a amplitudě deformace. Rozložení indukovaného martenzitu v torzním a out-of-phase módu se ukázalo být silně heterogenní. Měření jeho obsahu pomocí feritoskopu na vnějším povrchu může v některých případech vést k zavádějícím výsledkům. Nejnižší množství martenzitu bylo pozorováno v módu tah/tlak. Odolnost vůči únavovému lomu a úhel náklonu únavové trhliny byly predikovány pomocí modelů založených na principu kritické roviny. Počet cyklů do lomu byl nejpřesněji předpovězen kritériem, které navrhnul Fatemi a Socie. Model Smith Watson Topper vedl k nejlepším odhadům orientace únavové trhliny. Kinetika růstu trhlin byla analyzována metodou navrženou Polákem a dále také pomocí plastické části J-integrálu. Druhý způsob vedl k univerzálnímu popisu rychlosti růstu trhlin ve všech zatěžujících módech s výjimkou out-of-phase, kde výpočet plastické části J-integrálu nebyl proveden. The manuscript is focused on multiaxial fatigue of austenitic stainless steel 316L. The material was cyclically tested in tension/compression and pure torsion as well as in two multiaxial modes formed by their in-phase and 90° out-of-phase combination. All tests were performed in total strain-controlled mode at ambient temperature. Results of fatigue tests suggest that cycling in tension/compression mode causes the fastest crack growth rate and the shortest fatigue life. Torsional mode, on the contrary, led to the slowest propagation of fatigue cracks and the longest fatigue lives. Both multiaxial modes proved to be comparably damaging. Two aspects of microstructural changes were studied in detail: developed dislocation structures and strain-induced martensitic transformation. Electron microscopy was utilized for analyzing both features. In in-phase and both uniaxial modes similar dislocation structures distinguished from those observed in out-of-phase mode were formed which results in the distinct mechanical response observed in the case of out-of-phase loading path. The stability of austenite during cycling was dependent on the loading mode and strain amplitude. The distribution of induced martensite in torsional and out-of-phase modes was strongly heterogeneous. Measuring its content on the outer surface with the Feritscope may give misleading results in some cases. The lowest amount of martensite was observed in tension/compression mode. The endurance against fatigue fracture as well as the tilt angle of the fatigue crack path were predicted using models based on the critical plane approach. The number of cycles to failure was predicted the most precisely by the criterion proposed by Fatemi and Socie. The Smith-Watson-Topper yielded the best predictions of the fatigue crack orientation. The analysis proposed by Polák and the method using the plastic part of the J-integral were applied to investigate the crack growth kinetics. The later approach provided a versatile description of the crack growth rate under all loading paths except out-of-phase mode.
Klíčová slova:
Austenitic steel; Multiaxial fatigue; Strain-induced martensite; Dislocation structure; Critical plane; Crack growth rate; Austenitická ocel; víceosá únava; deformačně indukovaný martenzit; dislokační struktura; kritická rovina; rychlost růstu trhliny
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Mechanismy poškození při multiaxiální únavě
Práce se zabývá víceosou únavou austenitické korozivzdorné oceli 316L. Materiál byl zatěžován cyklicky v tahu/tlaku a krutu. Jejich kombinace byla použita pro testování ve dvou víceosých módech: ...
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