Příprava čistých kovů – stanovení čistoty materiálů pomocí základních fyzikálních veličin.

• Název práce v češtině: Příprava čistých kovů – stanovení čistoty materiálů pomocí základních fyzikálních veličin.
• Název v anglickém jazyce: Preparation of pure metals – analysis of the materials purity using physical quantities.
• Klíčová slova: Elektrotransport v pevné fázi, čistota materiálů, zbytkový elektrický odpor
• Klíčová slova anglicky: Solid state electrotransport, materials purity, residual resisitivity ratio
• Akademický rok vypsání: 2012/2013
• Typ práce: bakalářská práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 10.07.2012
• Datum zadání: 18.07.2012
• Datum potvrzení stud. oddělením: 08.11.2012
• Datum a čas obhajoby: 11.09.2013 00:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 01.08.2013
• Datum odevzdání tištěné podoby: 01.08.2013
• Datum proběhlé obhajoby: 11.09.2013
• Oponenti: doc. RNDr. Jan Prokleška, Ph.D.

Zásady pro vypracování

1) studium literatury, seznámení se s běžnými postupy čištění kovů
2) seznámení se s mechanismem a možnostmi čištění kovů metodou elektrotransportu v pevné fázi (SSE) instalovanou v laboratořích KFKL
3) v případě zájmu, možnost rozšířit práci o metodu čištění kovů pomocí zonální tavby v optické peci instalované v laboratořích KFKL
4) výběr vhodných kovů pro aplikaci SSE a příprava kovů ve vhodném tvaru pro čístění
5) aplikace metody SSE (případně i metody zonální tavby) na vybrané kovy
6) analýza čistoty připravených materiálů – EDX (energiově disperzní rentgenová) analýza, měření zbytkového elektrického odporu tepelná kapacity
7) rozbor získaných experimentálních dat a sepsání práce na úrovni studenta Bc. programu Fyzika.

Seznam odborné literatury

Electrotransport in Solid Metal Systems,R. G. JORDAN, Contemp. Phys., 15 (1974) 375-400

The purification and crystal growth of rare earth metals using solid state electrotransport, D. FORT, Journal of the Less-Common Metals, 134 (1987) 45 - 65 45

Předběžná náplň práce

Nečistoty jsou substance přítomné v malám množství v materiáech mající jiné chemické složenení než matrice, ve které jsou obsaženy. Nečistoty se objevují v materiálech přirozeně nebo jsou do materiálů cíleně vnášeny. Čistota materiálů je relativní veličina. Pro stanovení čistoty materiálů jsou vydávány kalibrované standardy, vůči kterým se čistota vztahuje. Odstranění nečistot je obvykle prováděno chemickými postupy, přičemž neexistuje metoda, která by vedla k dokonale čisté látce. Dokonalé odstranění nečistot by znamenalo existenci systému s nulovou entropií. Takový čistící proces by však vyžadoval dle druhého zákona termodynamiky nekonečné množství energie (práce).
Vliv nečistot na fyzikální vlastnosti materiálu může být jak destruktivní tak konstruktivní. Typickým a velmi dobře známým konstruktivním vlivem nečistot na materál je existence příměsových polovodičů, bez kterých si úroveň dnešní technologie není možné vůbec představit. Tento proces řízené implementace nečistot se nazývá dopování.
Předmětem této práce je seznámit se a aplikovat pokročilou metodu elektrotransportu v pevné fázi (SSE) pro přípravu čistých reaktivních kovů – prvků. Zmíněná metoda je vhodná pro rafinaci reaktivních kovů, kdy standardní chemické postupy selhávají. Získané rafinované kovy budou podrobeny přímým a nepřímým analytickým metodám pro podrobný popis účinnosti procesu SSE. Z přímých metod bude zvolena především EDX analýza, z nepřímých metod měření zbytkového elektrického odporu a tepelné kapacity.
V případě zájmu je možnost náplň práce rošířit také o čištění kovů metodou plovoucí horké zóny ve spojení s již zmíněnou metodou SSE.
Očekávaným výsledkem práce je příprava řady čistých kovů, stanovení jejich čistoty v porovnání se vstupními materiály a popis vlivu nečistot na jejich základní fyzikální parametry. Analýza výsledků se očekává na úrovni studenta Bc. programu Fyzika.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Impurities are substances inside a confined amount of matter, which differ from the chemical composition of the matrix. Impurities are either naturally occurring or added during synthesis of a desired product. The level of impurities in a material is generally defined in relative terms. Standards have been established by institutions that attempt to define the permitted levels of various impurities in a manufactured product. The removal of impurities is usually done chemically. No matter which method is used, it is usually impossible to separate an impurity completely from a material. Removing impurities completely means reducing the entropy of the system to zero. This would require an infinite amount of work and energy as predicted by the second law of thermodynamics.
Impurities can be destructive when they obstruct the working nature of the material but also constructive as it is demonstrated in the following examples.Semiconductors are materials with electrical conductivity due to electron flow intermediate in magnitude between of a conductor and an insulator. This process is called "doping". So impurities are constructive in this case.
The subject of the thesis is application of the solid state electrotransport method for preparation of the pure reactive metals – elements. The SSE method is dedicated mainly for refinement of the reactive metals where conventional chemical procedures failed. The refined metals will be subjected of the direct and indirect analytical methods to describe the efficiency of the solid state electrotransport process. The EDX analysis will represent the direct method, the measurement of the residual resisitivity ratio and heat capacity will be used as the indirect methods.
The thesis is possible to extend about the refinement of the metals using floating zone method in combination with the SSE.
The expected result of the thesis are preparation of the pure metals, the purity analysis and comparison with the purity of the input metals. The final result will be description of the influence of the purity of the materials on their physical properties. The analysis of the results is expected in the level of the student in Bachelor program Physics.