Rentgenová difrakce na nanokrystalických kovových oxidech

• Název práce v češtině: Rentgenová difrakce na nanokrystalických kovových oxidech
• Název v anglickém jazyce: X-ray diffraction study of metal oxides
• Klíčová slova: rtg. difrakce, nanokrystaly
• Klíčová slova anglicky: x-ray diffraction, nanocrystals
• Akademický rok vypsání: 2017/2018
• Typ práce: bakalářská práce
• Ústav: Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL)
• Vedoucí / školitel: Mgr. Zdeněk Matěj, Ph.D.

Zásady pro vypracování

1. Studium odborné literatury, seznámení se s možnostmi rentgenové difrakce.
2. Provedení měření na sérii vzorků oxidů jednoduchých kovů.
3. Seznámení se se softwarem pro analýzu difrakčních dat.
4. Vyhodnocení parametrů mikrostruktury z naměřených dat, sledování a diskuse souvislostí mezi podmínkami přípravy vzorků a jejich mikrostrukturou.

Základní část práce je založena na provedení rtg. difrakčních experimentů a vyhodnocení dat s využitím komplexních metod a programů na analýzu difrakčních dat.

Seznam odborné literatury

1. V. Valvoda, M. Polcarová, P. Lukáč: Základy Strukturní Analýzy; Karolinum, UK Praha, 1992 (vybrané kapitoly).
2. B. E. Warren: X-Ray Diffraction; Addison-Wesley, 1969 (vybrané kapitoly).
3. P. Scardi, M. Leoni: Acta Cryst. A (2002), 58, str. 190-200.
4. Aktuální odborné články na téma práce.

Předběžná náplň práce

Krystalické materiály s velikostí krystalků několik nanometrů (~5 nm) mají široké uplatnění díky neobvyklým vlastnostem, které souvisí s velkým podílem povrchových atomů, nebo jednoduše s velikou plochou povrchu nanokrystalů vzhledem k jejich objemu (hmotnosti).
Nanokrystalické oxidy jednoduchých kovů (Ti, Ce, Zr, Zn) tak mají tradiční uplatnění především při katalýze. V pokročilejších aplikacích se naopak využívá především jejich zvláštních schopností: např. světlem indukované super-hydrophilicity a katalytické aktivity TiO2 pro přípravu samočistících, antibakteriálních povrchů; nezamlžujících se skel; nebo ve fotovoltaických DSC článcích.
Rentgenová (rtg.) difrakce je základní analytická metoda studia krystalických materiálů. Z poloh a intenzit difrakčních píků lze určit nejen fázové složení vzorku, ale analýzou detailů v difrakčním záznamu lze studovat typ a množství defektů v materiálu, nebo vyhodnocovat velikost krystalitů z šířky difrakčních píků. V mnoha případech je rtg. difrakce méně experimentálně náročná než využití přímých metod, jako je elektronová mikroskopie.
Navrhovaná práce je založena na provedení rtg. difrakčních měření a jejich vyhodnocení. K analýze dat je možné použít velmi propracovaných speciálních programů a různých metod.
Řešitel(ka) práce se seznámí s netriviálními aplikacemi rtg. difrakce - velmi univerzální analytické metody, která má široké uplatnění v laboratořích materiálového výzkumu, chemie, geologie, biologie, farmacie i forenzních věd.

Další informace:

http://www.xray.cz/tmp/bak-rtg-nanoprasky-z.pdf

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Crystalline materials with crystals only few nanometres (~5 nm) large have wide applications due to their unusual properties. This is usually related to a huge fraction of surface atoms and big surface to volume (mass) ratio. Nanocrystalline oxides of simple metals (Ti, Ce, Zr, Zn) founds traditionally application in catalysis. On the contrary in advanced applications exotic properties of the nanocrystalline materials are utilized. For example photocatalytic properties and photo induced super-hydrophilicity of nanocrystalline TiO2 is utilized in fabrication of self-cleaning and antibacterial surfaces, anti-fogging glasses, or in dye sensitized solar cells etc.
X-ray diffraction (XRD) is a basic analytical method for studying crystalline materials. Trivially a sample phase composition can be deduced from positions and intensity of diffraction peaks. By further analysis of details of diffraction data it is possible to identify character and density of crystal structure defects, or determine crystallites size from the width and shape of the diffraction lines. XRD is often much less experimentally demanding than some direct techniques such as the electron microscopy.
Student is expected to carry out XRD experiments on series of nanocrystalline metal oxides prepared under various conditions and analyze diffraction data by different methods and available software, acquire in this way experience with an universal analytical method such as XRD, which finds application not only in material research but generally in chemistry, geology, biology, pharmacy and in forensic sciences.