Návrh nových elektrodových materiálů s katalyzátorem pro elektrochemické snímání a energetické aplikace
Kandambath Padinjareveetil, Akshay Kumar; Escarpa, Alberto; Vidal, Salvador Pané; Pumera, Martin
2024 - English 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. Keywords: 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 Available in a digital repository NRGL 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 ...

Kandambath Padinjareveetil, Akshay Kumar; Escarpa, Alberto; Vidal, Salvador Pané; Pumera, Martin
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Heterogenní katalytická transformace organických látek a produkce vodíku
Tinoco Navarro, Lizeth Katherine; Lapčík,, Lubomír; Pinkas,, JIří; Cihlář, Jaroslav
2024 - English 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. Keywords: 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 Available in a digital repository NRGL 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 ...

Tinoco Navarro, Lizeth Katherine; Lapčík,, Lubomír; Pinkas,, JIří; Cihlář, Jaroslav
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Numerická metoda vyššího řádu v modelování a řízení
Veigend, Petr; Horák, David; Schirrer, Alexander; Šátek, Václav
2024 - English Systémy pro řízení a regulaci jsou používány téměř ve všech průmyslových oblastech. Pro jejich modelování se často používají diferenciální rovnice, které popisují dynamické chování těchto systémů a umožňují je detailněji analyzovat z hlediska přesnosti, stability, výkonu a reakcí těchto systémů v reálném čase. V této oblasti se běžně nepoužívají metody vyšších řádů, protože vykonávají velké množství operací.  Tato práce zkoumá numerické řešení obyčejných diferenciálních rovnic s použitím metody s proměnným řádem a proměnnou velikostí kroku, která je založena na Taylorově řadě. Metoda je navržena jak pro lineární, tak pro nelineární problémy a jsou implementovány její optimalizace pro snížení výpočetního času bez degradace jejích vlastností. Pozitivní vlastnosti metody jsou demonstrovány na sadě příkladů z technické praxe. Výsledky práce ukazují, že metoda založena na Taylorově řadě může být použita v oblasti řízení a regulace a má lepší vlastnosti než běžně používané metody. Control systems are widely used as they enable precise management and regulation of complex processes across various industries. Ordinary differential equations are widely used in control theory because they provide a mathematical framework to describe the dynamic behaviour of control systems. They allow stability analysis, have good performance characteristics and can effectively regulate and optimise systems responses in real-time. The high-order numerical methods are not often used in the real-time context because of the large number of operations.    The thesis deals with the numerical solution of ordinary differential equations using a higher-order variable-step variable-order numerical method based on the Taylor series. The method is defined for linear and non-linear problems, and several optimisations to increase its performance are introduced. The positive properties of the method are thoroughly analysed and demonstrated on a set of real-world technical problems.   The results show that the Taylor-series-based method can be used in the area of control and regulation and outperforms the state-of-the-art methods in terms of speed and accuracy of the calculation. Keywords: ordinary differential equations; higher-order numerical methods; Taylor series; technical initial value problems; control; regulation; modelling; controllers; regulators; obyčejné diferenciální rovnice; numerické metody vyššího řádu; Taylorova řada; technické počáteční úlohy; řízení; modelování; regulátory Available in a digital repository NRGL Numerická metoda vyššího řádu v modelování a řízení

Systémy pro řízení a regulaci jsou používány téměř ve všech průmyslových oblastech. Pro jejich modelování se často používají diferenciální rovnice, které popisují dynamické chování těchto systémů a ...

Veigend, Petr; Horák, David; Schirrer, Alexander; Šátek, Václav
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Stabilita v moderních elektrických sítích
Koudelka, Jan; Schürhuber, Robert; Braciník,, Peter; Toman, Petr
2024 - English Disertační práce se zabývá problematikou stability v moderních elektrizačních soustavách, které jsou typické nárůstem podílu obnovitelných zdrojů a integrací nových technologií. Práce je koncipována jako soubor vysvětlivek, komentářů a poznámek k recenzovaným článkům publikovaným autorem v konferenčních sbornících a časopisech. Vybrané publikace, prezentované v práci, se týkají tří tematických kategorií: dynamická (úhlová) stabilita elektrizační soustavy, frekvenční stabilita elektrizační soustavy a frekvenční odlehčování. Stěžejní prezentovaná témata jsou výpočty kritického času jako ukazatele dynamické stability a možnosti využití nových technologií jako jsou nabíjecí stanice pro elektromobily pro podporu soustavy v nouzovém stavu. Základní používanou metodou analýzy jsou dynamické simulace na zjednodušených modelech soustav. The thesis deals with the issue of stability in modern power systems, which are characterized by an increase in the share of renewable sources and the integration of new technologies. The thesis is conceived as a set of explanatory notes, comments and remarks to peer-reviewed papers published by the author in proceedings and journals. The selected papers presented in the thesis concern three categories: transient (rotor angle) stability of the power system, frequency stability of the power system and under-frequency load shedding. The main topics presented are calculation of critical clearing time as an indicator of transient stability and the possibility of using new technologies, such as charging stations for electric vehicles, to support the system in an emergency state. The fundamental method used for analysis is dynamic simulations on simplified models of power systems. Keywords: power system stability; transient stability; frequency stability; under-frequency load shedding; dynamic models; stabilita elektrizační soustavy; dynamická stabilita; frekvenční stabilita; frekvenční odlehčování; dynamické modely Available in a digital repository NRGL Stabilita v moderních elektrických sítích

Disertační práce se zabývá problematikou stability v moderních elektrizačních soustavách, které jsou typické nárůstem podílu obnovitelných zdrojů a integrací nových technologií. Práce je koncipována ...

Koudelka, Jan; Schürhuber, Robert; Braciník,, Peter; Toman, Petr
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Mechanismy poškození při multiaxiální únavě
Poczklán, Ladislav; Kunz,, Ludvik; Spätig, Philippe; Kruml, Tomáš
2024 - English 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. Keywords: 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 Available in a digital repository NRGL 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: ...

Poczklán, Ladislav; Kunz,, Ludvik; Spätig, Philippe; Kruml, Tomáš
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Realizace víceúčelového měřícího systému pro (sub)terahertzovou elektronovou spinovou rezonanční spektroskopii
Šedivý, Matúš; Malik, Aamir Saeed; Epel, Boris; Vrba, Radimír
2024 - English Spektroskopie elektronové spinové rezonance (také nazývaná elektronová paramagnetická rezonance nebo jen EPR) zahrnuje metody, které zkoumají hmotu prostřednictvím nepárových elektronů. Jednou z progresivních metod EPR je rychlé skenování, které umožňuje pozorovat kinetiku chemických reakcí. Kromě toho nedávný vývoj vysokofrekvenčních součástkách rozšířil použití vysokofrekvenční EPR (HFEPR), které využívají sub-terahertzové až terahertzové vlny. Tato práce se zabývá propojením obou cest do HFEPR spektrometru s rychlým skenováním frekvencí (FRaScan), který byl nedávno vyvinut na CEITEC VUT. Na začátku je stručně uvedena základní teorie k EPR, následovaný přehledem přístrojového vybavení pro HFEPR. V praktické části je popsáno technické řešení spektrometru. Důraz je kladen na implementaci softwaru, pomocí kterého je spektrometr ovládán a měření jsou automatizována. Následně jsou ukázány příklady z měření pevných látek, konkrétně karbidu křemíku dopovaného vanadem (SiC:V), ftalocyaninu líthia (LiPc) a krystalu 1,3-bisdifenylen-2-fenylallylu (BDPA). Příklady demonstrují schopnosti spektrometru získat multifrekvenční vlnově spojitá EPR spektra a frekvenčně rozmítaná spektra v závislosti na teplotě a orientaci vzorku, a taky spektra pomocí rychlého skenování frekvencí Electron spin resonance (also called electron paramagnetic resonance or just EPR) spectroscopy includes methods that investigate matter via unpaired electrons. One of the progressive EPR methods is the rapid scan, which allows one to observe the kinetics of chemical reactions. Moreover, recent developments of high-frequency components expand application of high-frequency EPR (HFEPR), that use sub terahertz and terahertz waves. This thesis deals with the connection of both paths into the frequency rapid scan (FRaScan) HFEPR spectrometer that was recently developed at CEITEC BUT. A brief introduction to the theoretical background of EPR is provided, followed by an overview of the HFEPR instrumentation. The practical part describes a technical solution for the spectrometer. The emphasis is on the implementation of software through which the spectrometer is controlled, and measurements are automated. Afterward are shown example measurements of solid state materials, namely vanadium doped silicon carbide (SiC:V), lithium phthalocyanine (LiPc), and crystal of 1,3-bisdiphenylene-2-phenylallyl (BDPA). The examples demonstrate the capabilities of the spectrometer to acquire multi-frequency continuous wave spectra and frequency-swept spectra with dependency on the temperature and orientation of the sample, as well as the frequency rapid scan spectra. Keywords: Elektronová spinová rezonance; spektroskopie; spektrometr; magnetická rezonance; vývoj; přístroj; měřící aparatura; prototyp; terahertzové vlny; prudký sken; defekty v krystalech; kvantový bit; karbid křemíku; software; LabVIEW; simulace; Electron-spin resonance; spectroscopy; spectrometer; magnetic resonance; development; instrument; experimental setup; prototype; terahertz beams; rapid scan; defects in crystals; qubit; silicon carbide; software; LabVIEW; simulation Available in a digital repository NRGL Realizace víceúčelového měřícího systému pro (sub)terahertzovou elektronovou spinovou rezonanční spektroskopii

Spektroskopie elektronové spinové rezonance (také nazývaná elektronová paramagnetická rezonance nebo jen EPR) zahrnuje metody, které zkoumají hmotu prostřednictvím nepárových elektronů. Jednou z ...

Šedivý, Matúš; Malik, Aamir Saeed; Epel, Boris; Vrba, Radimír
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Polyfunkční budova
Almeida, Adérito Cláudio Lopes de; Jelínek, Petr; Struhala, Karel
2023 - English Available in a digital repository NRGL Polyfunkční budova

Almeida, Adérito Cláudio Lopes de; Jelínek, Petr; Struhala, Karel
Vysoké učení technické v Brně, 2023

Modifikace vlastností alkalicky aktivovaných aluminosilikátů polymerními přísadami
Mikhailova, Olesia; Bílek, Vlastimil; Vejmelková,, Eva; Žižková, Nikol; Rovnaník, Pavel
2023 - English V současné době se v betonářském průmyslu ve velké míře používá portlandský cement (PC), jehož výroba má značný dopad na životní prostředí a zároveň se jedná o neudržitelný proces. Snahy o ekologičtější stavebnictví zahrnují využití několika aluminosilikátů, které mohou být buď odpadními produkty získanými z jiných průmyslových výrob, jako je granulovaná vysokopecní struska, popílek a křemičitá dýmka, nebo materiály pocházející z energeticky méně náročných průmyslových procesů, jako je metakaolin. Použití těchto materiálů při výrobě stavebních materiálů rovněž přispívá ke snížení výrobních nákladů. Aktivace aluminosilikátových materiálů alkalickými aktivátory vede k získání vysoce pevných materiálů, které lze považovat za alternativu běžného PC. Navzdory mnoha výhodám alkalicky aktivovaných aluminosilikátů (AAA) existuje zásadní nevýhoda, která se týká výrazného autogenního smršťování a smršťování při vysoušení, k němuž může docházet během tuhnutí materiálu. Tento jev vede k mikrotrhlinám a zhoršení mechanických lomových vlastností. Polymerní příměsi mohou modifikovat vlastnosti čerstvého a vytvrzeného materiálu AAA a překonat výše uvedené problémy. Tato disertační práce se zabývá vlivem polymerních přísad v různých hmotnostních množstvích aluminosilikátového pojiva na snižování smrštění a křehkosti a na zvýšení lomové houževnatosti. Jako polymerní příměsi byly vybrány polyetylen glykol (PEG), polypropylen glykol (PPG) a různé typy komerčních polymerů z řady dispergovatelných polymerních prášků Vinnapas®. Jejich vliv na vlastnosti získaných materiálů byl porovnáván s vlivem práškového přípravku proti smrštění Peramin SRA 40. Vzorky byly testovány na pevnost v ohybu a tlaku a jejich mikrostruktura byla zkoumána pomocí rtuťové porozimetrie a skenovací elektronové mikroskopie. Jedna z kapitol práce se zabývá studiem různých charakterizačních technik vzniku hlavních reakčních produktů v alkalicky aktivované strusce, jako jsou RTG difrakční analýza, Fourierovou tran Currently, the concrete industry utilizes Portland cement (PC) widely, whose production has a significant environmental impact, while it is also a non-sustainable process. Efforts towards a greener building industry involve employing several aluminosilicate materials that can be either by-products obtained from other industrial activities, such as granulated blast furnace slag, silica fume, and fly ash, or materials derived from less energy-intensive industrial processes, such as metakaolin. Using these materials in the preparation of building materials also contributes to reduced production costs. Activation of aluminosilicate materials by alkaline activators leads to high-strength materials that can be considered an alternative to ordinary Portland cement (OPC). Despite the numerous advantages of alkali-activated aluminosilicates (AAA), a major drawback is the significant autogenous and drying shrinkage that might occur during the material’s hardening. This phenomenon leads to microcracking and deterioration of mechanical fracture properties. Polymer admixtures can modify the properties of the fresh and hardened AAA material and overcome the abovementioned problems. This thesis investigates the influence of polymer admixtures, in different amounts by weight of the aluminosilicate binder, on reducing shrinkage and fragility and increasing fracture toughness. Polyethylene glycol (PEG), Polypropylene glycol (PPG), and different types of commercial polymers of the Vinnapas® - family of dispersible polymer powders were selected as polymer admixtures. Their effect on the properties of the obtained materials was compared with that of powder shrinkage reducer Peramin SRA 40. The specimens were tested for flexural and compressive strength, and their microstructure was investigated employing mercury intrusion porosimetry and scanning electron microscopy One of the chapters of the thesis deals with the study of different analytical techniques for the characterization Keywords: Alkali activated materials; geopolymers; slag; metakaolin; polymer admixtures; Alkalicky aktivované materiály; geopolymery; struska; metakaolin; polymerní přísady Available in a digital repository NRGL Modifikace vlastností alkalicky aktivovaných aluminosilikátů polymerními přísadami

V současné době se v betonářském průmyslu ve velké míře používá portlandský cement (PC), jehož výroba má značný dopad na životní prostředí a zároveň se jedná o neudržitelný proces. Snahy o ...

Mikhailova, Olesia; Bílek, Vlastimil; Vejmelková,, Eva; Žižková, Nikol; Rovnaník, Pavel
Vysoké učení technické v Brně, 2023

Field Programmable Neural Networks odolná proti poruchám
Krčma, Martin; Kordík, Pavel; Stopjaková, Viera; Drábek, Vladimír
2023 - English Tato práce se zaměřuje na koncept Field Programmable Neural Networks jehož cílem je učinit implementaci umělých neuronových sítí v hradlových polích méně náročnou jejich prostředky. Za tímto účelem práce koncept rozvíjí a představuje několik jeho různých typů jež se vyznačují různými poměry mezi spotřebou zdrojů hradlových polí a přesností s jakou aproximují původní neuronovou síť jíž implementují. Teze díle rozšiřuje koncept o metody zabezpečení proti poruchám s využitím redundance a také bez ní. This thesis focuses on the Field Programmable Neural Networks concept intended to make implementation of neural networks in FPGAs less resource demanding. The thesis introduces and discusses several types of Field Programmable Neural Networks which provide different trad-offs between the resource consumption and the accuracy of the implemented neural network approximation. This thesis also introduces and discusses methods of hardening the Field Programmable Neural Networks against faults with and without redundancy. Keywords: Field Programmable Neural Networks; fault tolerance; neural networks; FPGAs; Field Programmable Neural Networks; odolnost proti poruchám; neuronové sítě; FPGA Available in a digital repository NRGL Field Programmable Neural Networks odolná proti poruchám

Tato práce se zaměřuje na koncept Field Programmable Neural Networks jehož cílem je učinit implementaci umělých neuronových sítí v hradlových polích méně náročnou jejich prostředky. Za tímto účelem ...

Krčma, Martin; Kordík, Pavel; Stopjaková, Viera; Drábek, Vladimír
Vysoké učení technické v Brně, 2023

Strukturální studie extracelulárních domén adheze G protein-spojeného receptoru ADGRG4
Strnadová, Martina; Márová, Ivana; Mravec, Filip
2023 - English Bunková komunikácia je schopnosť buniek príjmať, vysielať a spracovávať signály zo svojho okolia. Môžeme teda hovoriť o komunikácii medzi bunkami a orgamizmom. Extracelulárne stimuly spúšťajú signál, ktorý interaguje s receptormi na bunkovom povrchu, čo má za následok aktiváciu intracelulárnych signálnych proteínov. Tieto proteíny sú rozdelené do viacerých rodín podľa ich špecifickej sekvencie, domén ktoré obsahujú, alebo ligandov, s ktorými interagujú. Jednou z týchto rodín je práve receptorová rodina adhezívnych receptorov spojených s G proteínom (aGPCR), ktorá obsahuje 33 členov. Najnovšie štúdie naznačujú, že fungujú z veľkej časti ako mechanoreceptory; avšak, pre niektorých členov boli identifikované aj ligandy pre ich aktiváciu. V porovnaní s inými GPCR sa táto rodina vyznačuje relatívne dlhou extracelulárnou oblasťou (ECR), ktorá obsahuje súbor rozličných štruktúrnych domén a motívov. ADGRG4 (GPR112) predstavuje jeden z najväčších aGPCR s dĺžkou reťazca väčšou ako 3000 aminokyselín (aa). Väčšina jeho reťazca aa sa nachádza v extracelulárnom priestore (viac ako 2500 aa). Je známe, že ADGRG4 je špecificky exprimovaný v enterochromafinných bunkách umiestnených v epiteli ľudského tenkého čreva. Tieto enteroendokrinné bunky sú zodpovedné za produkciu a sekréciu serotonínu a reagujú na chemické a mechanické podnety. K dnešnému dňu však fyziologická funkcia ADGRG4 v týchto bunkách zostáva neznáma. Cieľ tejto práce bol rozdelený na dve časti. V prvej časti bola snaha o poskytnutie štruktúrnych informácií o obrovskej extracelulárnej oblasti ADGRG4. ECR bola rozdelená na viacero častí pre lepšie skúmanie. Následne boli vzorky exprimované v ľudských embryonálnych obličkových bunkách 293 (HEK293S bunky). Výsledné proteínové štruktúry boli purifikované viacerými technikami. Pre zvýšenie možnosti kryštalizácie, bol purifikovaný proteín deglykozylovaný a až potom podrobený na kryštalizačné pokusy. Druhá časť sa zaoberala analýzou NTF-konštruktov, dobre preskúmaných ADGRs. Tieto konštrukty neobsahovali C-terminálny koniec (CTF), iba N-terminálnu časť (NTF). Desať rôznych proteínov bolo úspešne naklonovaných a expresovaných v HEK293T bunkách. Na vyhodnotenie výsledkov oligomerného stavu vzoriek z prvej aj druhej časti boli použité techniky Native PAGE a dynamický rozptyl svetla (DLS). Ako kontrola autoproteolýzy, ktorá je typickým znakom aGPCR, sa využili rozličné techniky Western blotting (WB). Metóda nano-diferenciačná skenovacia fluorescencia (DSF) sa využila na stanovenie pripravených konštruktov a na nájdenie optimálnych podmienok pre roztoky, ktoré sa v práci používali. Výsledky z prvej časti ukazujú za akých podmienok dokážeme nami vytvorený konštruk podrobiť kryštalizácii a následne ďalej pokračovať v jeho výskume. Druhá časť nám ukázala, ktoré nami klonované konštrukty sa dokážu stabilne expresovať v HEK293T bunkách. Na základe získaných parametrov z prvej a druhej časti dokáže výskum v tejto oblasti rozšíriť a do buducnosti získať dôležité informácie ohľadom týchto pozoruhodných receptorov. The aim of this thesis was to provide structural information on the huge extracellular region (ECR) of ADGRG4 that allows hypothesis of the function of the receptor. Therefore, the ECR was dissected into smaller, likely independently folded subunits. Subsequently, these samples were recombinantly expressed in human embryonic kidney 293 cells (HEK293S cells). These protein constructs were purified to allow for subsequent biophysical characterization. To increase the possibility of protein crystallisation, the purified protein was deglycosylated and then subjected to crystallisation trials. The second part of this thesis dealt with the analysis of the construct that contained the NTF part (the CTF was lacking), of well-established ADGRs. Ten different constructs were successfully cloned and expressed in HEK293T cells. Native PAGE and Dynamic Light Scattering (DLS) techniques were used to evaluate the results of the oligomeric state of the samples from both parts. As a control for autoproteolysis, which is a typical feature of aGPCR, various WB techniques were used. The Nano-Differential Scanner Fluorescence (DSF method was used to determine the prepared constructs and to find the optimal conditions for the buffers used in the thesis. The results of the first part show under which conditions the crystallisation trials were the most suitable that can be repeated and optimized further in the research. The second part showed which cloned constructs were able to be expressed in cells. Based on the parameters obtained from the first and second parts, research in this area can continue and, in the future, we can obtain important information about these remarkable receptors. Keywords: aGPCR; ADGRG4; NTF-constructs; molecular cloning; Dynamic Light Scattering; Nano-Differential Scanner Fluorimetry; protein crystallisation; aGPCR; ADGRG4; NTF-konštrukty; molekulárne klonovanie; dynamický rozptyl svetla; nano.diferenciačná skenovacia fluorescencia; proteínová kryštalizácia Available in a digital repository NRGL Strukturální studie extracelulárních domén adheze G protein-spojeného receptoru ADGRG4

Bunková komunikácia je schopnosť buniek príjmať, vysielať a spracovávať signály zo svojho okolia. Môžeme teda hovoriť o komunikácii medzi bunkami a orgamizmom. Extracelulárne stimuly spúšťajú signál, ...

Strnadová, Martina; Márová, Ivana; Mravec, Filip
Vysoké učení technické v Brně, 2023