Rok 2024

Permanent URI for this collection

https://dspace.tul.cz/handle/15240/174959

Browse

Browsing Rok 2024 by Issue Date

Filter results by year or month
Now showing 1 - 11 of 11
  • Thumbnail Image
    Item
    Roztoky lineárních polyamidů v silném elektrickém poli
    (2024-10-08) Holec, Pavel; Pokorný Pavel, doc. Ing. Ph.D. :56808
    Zvyšující se poptávku po nanovlákenných materiálech doprovází zájem o optimalizaci příslušných výrobních procesů. Tu představují zejména snahy o zvyšování kvality připravovaných vláken, produktivity a také o modifikace výsledných výrobků. Předpokladem úspěšného splnění těchto úkolů je znalost podstaty daných výrobních procesů. V případě elektrického zvlákňování polymerních roztoků je však řada jeho vnitřních parametrů stále nepříliš dobře prozkoumána a komerční výrobci nanovláken bývají často odkázáni na využívání dříve ověřených zvlákňovacích metod bez toho, aby je byli schopni zásadním způsobem měnit a vylepšovat. Optimalizace zvlákňování se tak nezřídka opírá více o empirii než o teoretické znalosti daného procesu. Fyzikálně-chemické vlastnosti polymerních roztoků, jakými jsou viskozita, povrchové napětí či elektrická vodivost, hrají stěžejní roli při jejich elektrickém zvlákňování a jako takové byly hojně zkoumány. Vzhledem k vysokému počtu a různorodosti známých polymerních materiálů, používaných rozpouštědel a zejména pak jejich směsí však dosud nebylo možné stanovit všeobecně platné zákony vlivu zmiňovaných vlastností na jejich elektrické zvlákňování. Tato práce se proto cíleně zaměřuje pouze na roztoky polyamidů, jejichž chemická příbuznost umožňuje do jisté míry hodnotit vliv změny struktury makromolekul na následnou přípravu nanovláken. V rámci vyšetřování možností optimalizace jejich elektrického zvlákňování střídavým proudem přídavky elektrolytů do zvlákňovaných roztoků byla rozvíjena hypotéza o pseudosíťovacím efektu polárních částic v roztoku a jeho souvislost s elektrickou vodivostí roztoku. Stanovené předpoklady jsou v práci nejdříve popsány na zvlákňování nejběžnějšího syntetického polyamidu a následně jsou ověřovány na roztocích dalších polyamidů. Kromě vlivu elektrolytů jsou v práci naznačeny také možnosti dalšího studia elektrického zvlákňování polyamidových roztoků s cílem stanovení nových hypotéz ohledně vztahů vlastností užitých roztoků a možností jejich elektrického zvlákňování. Dosažené výsledky jsou kriticky diskutovány s ohledem ke stávajícímu stavu poznání dané problematiky a jako takové jsou využitelné nejenom v rámci teorie přípravy polymerních nanovláken, ale také přímo v praxi. Tato práce tak předkládá nové konkrétní poznatky v oblasti elektrického zvlákňování roztoků polyamidů a z nich vyplývající další technologické a vědecké výzvy.
  • Thumbnail Image
    Item
    Multifunctional Carbon Based Felt
    (2024-10-09) Wang, Yuanfeng; Militký Jiří, prof. Ing. CSc. :55135
    Pyrolýza se běžně používá jako strategie pro zpracování odpadních textilií, přičemž přeměna textilního odpadu s vysokým obsahem uhlíku na uhlíkaté materiály je potřebná pro přípravu ekonomicky výhodných produktů s vyšší užitnou hodnotou ("upcycling") a zároveň zmírňuje dopad textilních odpadů na životní prostředí. Uhlíkové plsti jsou široce používána pro svoji relativně nízkou hmotnost a vysokou elektrickou vodivosti díky vnitřní 3 D vodivé síti. Přímé použití odpadních textilních plstí jako prekurzoru k výrobě uhlíkových plsti je však zkoumáno jen omezeně. Cílem této dizertační práce je optimalizace karbonizace odpadních plstí na bázi acrylic za kontrolovaných podmínek pro výrobu uhlíkových plstí a realizaci jejích multifunkčních aplikací. Byl zkoumán vliv různých metod zatížení odpadních plstí na bázi akrylových vláken s PTFE zátěrem na proces smršťování při pyrolýze. Byly hodnoceny mechanické vlastnosti, elektrické vlastnosti a tepelné vlastnosti finální uhlíkové plsti. Výsledky naznačují, že aplikace okrajového zatížení na vzorky během fáze karbonizace pomáhá snížit rychlost smrštění konečného produktu, což umožňuje uhlíkové plsti získat pružnost a vytvořit dobře strukturovanou vodivou síť. Pro studium vlivu zátěru PTFE na pyrolýzu plstí na bázi akrylových vláken byly plsti potaženy různými koncentracemi PTFE a následně podrobeny pyrolýze. Zkoumáním morfologie, mechanických vlastností a elektrických vlastností vzorků potažených PTFE bylo zjištěno, že vyšší koncentrace povlaku měly pozitivní dopad na mechanické a elektrické vlastnosti výsledné uhlíkové plsti. Vysoké koncentrace povlaku však vedly také ke ztrátě pružnosti uhlíkové plsti, což by mohlo vážně omezit jejich použitelnost. Zkoumáním morfologie a chování uhlíkových plstí připravených při různých teplotách karbonizace v režimu zatížení okraje bylo zjištěno, že zvýšení teploty karbonizace podpořilo růst krystalinity ve vláknech a tvorbu uspořádané grafitické struktury. Bylo dosaženo vytvoření husté, vysoce vodivé sítě s vysokou porozitou. Výsledky stínění elektromagnetického záření (EMI) prokázaly, že výsledná uhlíková plsť dosáhla vysoké účinnosti stínění EMI 55 dB a specifické účinnosti stínění 2676,9 dBcm?g1, čímž překonala mnoho uhlíkových kompozit. Kromě toho uhlíková plsť vykazovala vynikající účinnost ohmického ohřevu a vysoké rychlosti ohřevu. Strukturální stabilita byla zkoumána pomocí speciálně navrženého experimentu. Výsledky ukázaly, že si uhlíková plsť udržela stabilitu vnitřních vodivých drah po více cyklech ohybu. Bylo také zkoumáno využití připravených uhlíkových plstí pro tvorbu filtračních vrstev použitelných v respirátorech a filtračních maskách (filtrace vzduchu). Vynikající elektrická vodivost uhlíkové plsti umožnila její použití nejen jako respirační filtrační vrstvu, ale také pro vysokoteplotní elektrickou dezinfekci kontaminantů a mikrobů/virů. Konstrukce masky a vhodná konfigurace elektrod umožnila řízený odporový ohřev, zajišťující spolehlivost vysokoteplotní dezinfekce uhlíkové plsti. Účinnost filtrace a výsledky antibakteriálních testů ukázaly, že uhlíková plsť dosáhla více než 90 % účinnosti filtrace pro inhalovatelné částice a účinně inhibovala výskyt mikrobů. Flexibilní uhlíkové plsti mají obecně nižší výrobní náklady a vykazují dobrou chemickou a strukturální stabilitu. Výsledky funkčních testů ukázaly, že připravené uhlíkové plsti mají významný potenciál pro aplikace v oděvních ohřívačích, flexibilním stínění EMI, respiračních filtrech a dalších typech funkčních materálů.
  • Thumbnail Image
    Item
    Vývoj antipatogenních textilií na bázi oxidu měďného
    (2024-10-18) Shahid, Muhammad; Wiener Jakub, prof. Ing. Ph.D. :55161
    Tato práce se zaměřuje na vývoj ekologického, nákladově efektivního, snadného a rychlého způsobu výroby antibakteriálních bavlněných tkanin potažených oxidem měďným. Nejprve byly tkaniny senzibilizovány pomocí kyseliny citrónové, poté následovala syntéza částic Cu2O z Fehlingova roztoku. Následně byly částice oxidu měďného naneseny na bavlněné tkaniny. Pro výrobu částic Cu2O byly vybrány tři různé typy redukčních činidel v různých koncentracích. Morfologie povrchu a přítomnost atomů kovů byly zkoumány pomocí rastrovací elektronové mikroskopie, dynamického rozptylu světla, FTIR, EDS a XRD. Antibakteriální účinnost tkanin potažených oxidem měďným byla hodnocena pomocí kvalitativních a kvantitativních analýz. Nejsilnější antibakteriální účinek byl pozorován u tkanin potažených částicemi oxidu měďného redukovanými pomocí hydrogensiřičitanu sodného. Dále byla analyzována vhodnost těchto vyvinutých hygienických, antimikrobiálních tkanin z hlediska komfortních vlastností, konkrétně prodyšnosti a tuhosti. Nakonec byla trvanlivost povlaku ověřena posouzením antibakteriálních vlastností a provedením SEM analýzy po praní. Druhá část této práce představuje nový přístup k vytváření esteticky příjemných antibakteriálních bavlněných tkanin potažených oxidem měďným. Cílem této části bylo vyvinout ekologicky šetrnou, nákladově efektivní, snadnou a rychlou metodu výroby multifunkčních tkanin s antipatogenními vlastnostmi (antibakteriálními, antifungálními a antivirovými) potaženými oxidem měďným. Podobně jako v první části prošly tkaniny senzibilizací kyselinou citrónovou a syntézou částic Cu2O pomocí Fehlingova roztoku. Na základě předchozí části práce bylo určeno nejvhodnější redukční činidlo s optimální koncentrací. Morfologie povrchu a přítomnost atomů kovu byla analyzována pomocí rastrovací elektronové mikroskopie, dynamického rozptylu světla, FTIR, EDS a XRD. V následném kroku bylo syntetizováno reaktivní antibakteriální barvivo reakcí Reactive Blue 4 s triclosanem. Molekulární struktura modifikovaného barviva byla potvrzena pomocí FTIR a 13C-NMR. Toto antibakteriální barvivo bylo poté aplikováno na bavlněné tkaniny ošetřené mědí pomocí protokolu barvení vytahovacím postupem. Obarvená látka byla charakterizována pomocí kolorimetrických parametrů (L*, a*, b*, C, H a K/S), egality vybarvení, stálosti, vytažení z lázně a rychlosti fixace. Antipatogenní účinnost tkanin potažených oxidem měďným byla hodnocena kvalitativně a kvantitativně. Nejvýraznější antipatogenní účinek vykazovaly tkaniny potažené částicemi oxidu měďného redukovanými pomocí hydrosiřičitanu sodného. Komfortní vlastnosti těchto hygienických, antimikrobiálně vyvinutých tkanin byly navíc hodnoceny z hlediska propustnosti vzduchu a tuhosti. Nakonec byla trvanlivost povlaku potvrzena vyhodnocením antibakteriálních vlastností a provedením SEM analýzy po umytí.
  • Thumbnail Image
    Item
    Investigating the Effects of Alkaline Aging on Jute Fibers and Their Reinforcement Capabilities in Modified Cement Composites
    (2024-11-12) Mahmood, Aamir; Pechočiaková Miroslava, Ing. Ph.D. :55150
    Tato disertační práce je rozdělena na do dvou hlavních částí. První část se zabývá degradaci (zjemňování) technických jutových vláken v alkalických podmínkách. Různé koncentrace alkálií a doby působení byly systematicky přezkoumány za účelem posouzení jejich vlivu na pevnost vláken. Výsledky ukazují, že vlákna ošetřená NaOH výrazně snížila pevnost v tahu v průběhu času. Hydroxid sodný byl podle analýzy metodou "Response Surface Methodology" (RSM) nejagresivnějším alalkálií použitou v tomto experimentu. Druhá část studie hodnotí účinky popílku (FA), Laponitu (LAP) a Bentonitu (BENT) na mechanické vlastnosti cementové směsy. Popílek zlepšil pevnost při tříbodovém ohybu, ale snížil pevnost v tlaku a houževnatost. Naproti tomu Laponit měl negativní vliv na všechny vlastnosti, ale 1 % Laponitu vykázalo maximální hodnotu u všech funkcí. Bentonit zlepšil jak pevnost při tříbodovém ohybu, tak pevnost v tlaku. Statistické regresní modely a modely "Ordered Weighted Averaging "(OWA) naznačily, že směs s 5 % popílku a 1 % Laponitu je optimální pro stavební účely, vyvažující bezpečnost a výkon. Nejlepší výsledky z hlediska tříbodového ohybu, pevnosti v tlaku a houževnatosti byly pozorovány u cementových směsí obsahujících 5 % popílku a 1 % Laponitu, zesílených různými množstvími jutových vláken.
  • Thumbnail Image
    Item
    Elektrostatické zvlákňování do kapaliny
    (2024-11-14) Kovačičin, Jan; Kuželová Košťáková Eva, doc. Ing. Ph.D. :56823
    Tato disertační práce se zaměřuje na elektrické zvlákňování do kapaliny jako inovativní metodu pro výrobu nano-mikrovláken. Tato práce se blíže zaměřuje na variantu mokrého elektrospinningu (wet elektrospinning), při kterém je kolektor tvořen kapalinou, do které vlákna dopadají a často se formují buď v kapalině nebo na její hladině. Kapalina může také sloužit pro zachycení či odtah již zformované vlákenné struktury, případně k dodatečné modifikaci, například dopováním, vymýváním atd. Právě použití kapalinového kolektoru přináší unikátní výhody této varianty procesu. Metoda umožňuje tvorbu třírozměrných objemných struktur s vysokou porozitou s velkými propojenými póry. Kapalina také může modifikovat vlastnosti samotného materiálu. Jedním z příkladů je vytváření houbovitých struktur výsledných vláken, což může zvýšit jejich porozitu, biodegradabilitu, buněčnou adhezi a proliferaci. V rámci této práce bylo provedeno testování, které prokázalo zvýšenou krystalinitu polymeru, který byl zvlákňován touto metodou do kapaliny. Výzkum zahrnuje teoretický model, který se zabývá problematikou noření cylindrických objektů do kapaliny. Práce také popisuje vývoj experimentálního zařízení pro elektrické zvlákňování, které bylo vytvořeno za pomocí technologie 3D tisku metodou Fused Deposition Modeling. Toto zařízení bylo následně testováno a aplikováno v různých experimentech. Součástí výzkumu bylo také testování chování kapaliny v trubicích vyrobených z nanovlákenných přízí. Pro tyto experimenty bylo vyvinuto elektronické dávkovací zařízení - mikropumpa. Tato pumpa byla vytvořena na základě open-source elektroniky systému Arduino a využila technologii 3D tisku. Řídící program byl vytvořen v nativním programovacím jazyce Arduino - C/C++. Je třeba poznamenat, že tyto experimenty byly ilustrativní a nebyly dále rozvíjeny ani teoreticky zkoumány v rámci této práce. Další část práce se věnuje vývoji speciálních vlákenných struktur, které jsou primárně určeny pro oblast tkáňového inženýrství. Tyto struktury zahrnují dutá a porézní vlákna, včetně jejich kombinací. Tyto vlákenné struktury mají unikátní vlastnosti, jež jsou vhodné pro aplikace, kde jejich zvýšený specifický povrch hraje klíčovou roli. Zajímavostí této vyvinuté metody výroby vláken je, že vhodnou kombinací rozpouštědla a polymeru lze vyrobit dutá vlákna i tradičním zvlákňováním bez použití kapaliny jako kolektoru. Použití kapaliny je však vhodné pro dosažení 3D objemných a vysoce porézních struktur. Praktické testování vyrobených vlákenných struktur pro jejich použití, jako tkáňových nosičů (scaffoldů) v oblasti tkáňového inženýrství, je další významnou částí této disertační práce. Tyto struktury byly podrobeny testům viability a byla prověřena jejich vhodnost strukturálně i materiálově. Bylo prokázáno, že tyto specifické struktury jsou vhodné pro buněčnou proliferaci a nevykazují cytotoxické účinky. Výsledky byly následně porovnány s klasickými strukturami vyrobenými jinými metodami. Tato disertační práce přináší důležité poznatky a příspěvky v oblasti elektrického zvlákňování do kapaliny a jeho aplikací v tkáňovém inženýrství.
  • Thumbnail Image
    Item
    Fabrication and Characterization of Sutures Made from Composite Nanofibrous Yarns
    (2024-11-15) Madheswaran, Divyabharathi; Lukáš David, prof. RNDr. CSc. :55119
    Chirurgické nitě jsou ve zdravotnictví široce používané biomateriály pro uzavírání ran a poskytování potřebné podpory při hojení. Implantace stehů však může vést k tvorbě biofilmu a infekcím, což má za následek infekce v místě chirurgického zákrotku (SSI), které jsou druhou nejčastější infekcí ve zdravotnictví. Současné komerční chirurgické nitě jsou navíc mikrovláknové struktury o průměru větším než 10 ?m, které nedokážou replikovat strukturu extracelulární matrice (ECM). Tato disparita má za následek špatné buněčné interakce a suboptimální terapeutické výsledky, zejména u šlach a vazů. Navzdory tomu, že jde o kriticky důležitý biomateriál, dosud nebyly provedeny žádné převratné pokroky, které by zlepšily multifunkčnost chirurgických nití nebo poskytly fibrilární podporu na buněčné úrovni. Tato disertační práce je pokusem o pokrok v této oblasti, a předkládá možné řešení těchto nedostatků a navrhuje inovativní řešení prostřednictvím vývoje funkčních pletených kompozitních nanovlákenných přízí (CNY). Výrobní proces zahrnuje dva kroky: za prvé, CNY se submikronovým pláštěm na mikrovlákenné jádrové přízi, jsou vyrobeny pomocí elektrického zvlákňování střídavým proudem (AC), což je nový způsob výroby nanovlákenných materiálů vyvinutý Lukašem, Pokorným a Beranem. Tento způsob výroby umožňuje efektivní produkci CNY při 30 m/min. Za druhé, aby bylo dosaženo lepších mechanické vlastnosti, jsou CNY splétány ve výsledné nitě. Mikrovlákenné jádro CNY poskytuje potřebnou pevnost pro uzavření rány, zatímco vlákenná obálka napodobuje ECM, podporuje buněčné aktivity a umožňuje začlenění antibakteriálních látek, jako je chlorhexidin (CHX) nebo triclosan (TRC), pro urychlení hojení. Tato disertační práce demonstruje kontinuální výrobu různých antibakteriálních splétaných CNY. V počátečních experimentech byla vlákenná obálka kompozitní příze připravena z polyamidu-6 (PA6), PA6 s chlorhexidinem a polyuretanu (PU), a PA mikrovlákny jako jádrem. Druhý přístup zahrnoval směsi polykaprolaktonu a kyseliny polymléčné (PCL-PLA) a PCL-PLA s CHX nebo TRC pro vlákennou obálku s použitím mikrovlákenných přízí z PLA jako jádra. Třetí přístup využíval PCL a PCL s CHX nebo TRC pro vlákennou obálku a PLA mikrovlákna pro jádro. Morfologická hodnocení potvrdila úspěšnou výrobu CNY a splétaných CNY, zatímco infračervená spektroskopie ověřila začlenění CHX nebo TRC do přízí. Opletené CNY prokázaly dostatečnou pevnost (29 N) a vysokou tepelnou stabilitu. Testy cytotoxicity a antibakteriální aktivity ukázaly, že chlorhexidinem funkcionalizované PA6 CNY, splétané PLA/PCL-PLA CNY a triclosanem funkcionalizované PLA/PCL CNY by mohly fungovat jako biokompatibilní antibakteriální chirurgické šicí materiály. Výsledky tohoto výzkumu představují pokrok v péči o pacienty zavedením chirurgických nití nové generace se zvýšenou funkčností a antimikrobiálními vlastnostmi. Tato práce navíc připravuje "půdu" pro budoucí aplikace v tkáňovém inženýrství, filtraci, nositelné elektronice a senzorech.
  • Thumbnail Image
    Item
    Development of Flame Retardant Cotton Fabrics with Multifunctional Properties
    (2024-12-06) Javed, Asif; Šašková Jana, Ing. Ph.D. :57793
    Jedinečné vlastnosti bavlny, jako hydrofilita, biodegradabilita, trvanlivost, dobrá barvitelnost a relativně nízká cena, z ní činí oblíbenou textilii. V současné době však lidé touží po tom, aby bavlněná tkanina měla multifunkční vlastnosti, které mohou poskytnout větší komfort na základě pracovního prostředí a povětrnostních podmínek. Poptávka na trhu se posunula směrem k nehořlavosti, UV ochraně, nemačkavosti, samočisticím a antibakteriálním vlastnostem - v těchto oblastech probíhají rozsáhlé studie. Nanočástice (NP), například oxid zinečnatý (ZnO), oxid titaničitý (TiO2), oxid hořečnatý (MgO), oxid měďnatý (CuO), uhlíkové nanotrubice, oxid křemičitý (SiO2) a stříbro (Ag), vykazují pozoruhodné funkční vlastnosti. Mezi různými nanočásticemi se využití oxidu zinečnatého (ZnO) jeví jako nejekologičtější a nejekonomičtější možnost. Zároveň jej lze aplikovat na různé substráty včetně textilních polymerů a tkanin. Vědecké práce popisují různé přístupy k depozici nanočástic oxidu zinečnatého na povrch taniny, jako například syntéza in-situ a depozice ex-situ. Hlavním požadavkem dnešní doby je ekologická a přírodu nezatěžující funkcionalizace tkanin a u povrchově upravených tkanin je důležitá I stálost v praní. Cílem této výzkumné práce je vyvinout ekologicky upravenou a trvale nehořlavou tkaninu bez obsahu halogenů a formaldehydu s multifunkčními vlastnostmi a nalézt optimální podmínky a parametry. V této výzkumné práci byly nanočástice oxidu zinečnatého vyvíjeny na 100% bavlněné tkanině pomocí sonochemické metody. Jako prekurzory byly použity dihydrát octanu zinečnatého (Zn(CH3COO)2.2H2O) a hydroxid sodný (NaOH). Po růstu nanočástic ZnO byl metodou pad-dry aplikován zpomalovač hoření N-methyloldimethylfosfonopropionamid (MDPA). Jako zesíťující činidlo byla použita 1, 2, 3, 4-butantetrakarboxylová kyselina (BTCA) a jako katalyzátor fosfornan sodný (SHP). Pro stanovení množství procentuálního obsahu zinku a fosforu byla použita atomová emisní spektroskopie s indukovaným vázaným plazmatem (ICP-AES). Pro charakterizaci vyvinutých vzorků a sledování povrchu byly použity rastrovací elektronová mikroskopie (SEM), prášková rentgenová difrakce (XRD) a infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR). Dále byla zkoumána tepelná degradace neupraveného vzorku a ošetřených vzorků termogravimetrickou analýzou (TGA). Byly též provedeny vertikální testy retardéru hoření, a stanoveno limitní kyslíkové číslo (LOI), byl zkoumán UPF faktor (ochrana proti ultrafialovému záření), antibakteriální aktivita, samočisticí schopnost a stálost v praní. Vyvinuté vzorky vykazovaly vynikající výsledky pro samočištění, zpomalení hoření (tj. 39 mm délka spáleného vzorku, 0 s doba dohoření, 0 s doba dosvitu), 32,23 LOI, 143,76 UPF, 100% antibakteriální aktivita. Vyvinuté vzorky vykazovaly i dobrou stálost v praní. Dále byla měřena tuhost v ohybu, propustnost vzduchu a pevnost v tahu vyvinutých vzorků. Bylo prokázáno zvýšení ohybové tuhosti při současném snížení propustnosti vzduchu a pevnosti v tahu. Statistická analýza získaných dat ukázala, že všechny parametry procesu mají významný vliv na vlastnosti vyvinutých vzorků.
  • Thumbnail Image
    Item
    Makroskopické modelování vlákenných struktur - pokročilé numerické modelování vlákenné příze
    (2024-12-11) Vosáhlo, Josef; Novák Ondřej, Ing. Ph.D. :55120
    Disertační práce se zaměřovala na problematiku popisu a využití tvorby pokročilého numerického modelu vlákenné příze, který bude respektovat složité geometrické uspořádání vláken příze, dále nelineární vlastnosti příze, které jsou ovlivněné zákrutem vláken, kontakty mezi vlákny a přeuspořádáním struktury během namáhání. Byla provedena experimentální měření pro stanovení mechanických vlastností příze z vybraného materiálu příze, které byly důležité pro stanovení vybraných mechanických vlastností a tvorbu materiálového modelu. Pro tvorbu 3D modelu vlákenné příze byla využita pokročilá obrazová analýza výpočetní tomografie, která umožnila vytvoření rekonstruované trajektorie vláken příze. Na základě obrazové analýzy byla provedena úprava získaných snímků v softwaru Matlab, který poskytuje širokou škálu nástrojů pro detekci, segmentaci a kvantifikaci vlastností obrazu. Tímto způsobem se získaly informace o struktuře příze pro následnou tvorbu 3D geometrie vlákenné příze. Následně byl představen postup tvorby 3D geometrie modelu příze, který byly následně použity pro sestavení numerické simulace, kde byly uvedeny vhodné softwary, nástroje a funkce, aby se vytvořila odpovídající konstrukce 3D modelu vlákenné příze včetně odpovídajících zákrutů a zaplnění. Další část práce se věnovala způsobu vytvoření samostatného numerického modelu, který by kvalitativně odpovídal reálné 3D geometrii vlákenné příze. Pro tvorbu numerického modelu byla využita metoda konečných prvků, přičemž byl vytvořen strukturní model s kontakty mezi vlákny umožňující studovat a vizualizovat rozložení deformace a napětí v přízi i mezi jednotlivými vlákny. Dále bylo porovnáno chování vytvořených numerických modelů a experimenty s reálnými vzorky ve zvolených úsecích včetně řezů vlákenné příze. Z těchto vytvořených řezů byly vytvořeny procesní analýzy vlákenného zaplnění, jak pro zatěžování v tahu, tak následně pro model stlačování. Vytvořený numerický model vlákenné příze umožňuje identifikovat vliv intenzity zákrutů, na silové a deformační odezvy v závislosti na přetvoření při tahovém nebo tlakovém namáhání v závislosti na vlastnostech vláken a kontaktů. V disertační práci byly představeny různé metody modelování vlákenné příze, včetně způsobů, jakými lze získat informace o struktuře a vlastnostech příze. Vytvořené numerické simulace umožnily popsat chování příze za vybraných podmínek zatěžování a mohou být použity také pro optimalizaci struktury příze s cílem dosažení požadovaných vlastností. V závěru disertační práce byla představena příkladová studie aplikace pokročilého numerického modelu vlákenné příze s nanovlákenou strukturou, kde s ohledem na okrajové podmínky lze stanovovat vliv použitého materiálového modelu na mechanické vlastnosti a optimalizovat tím změny geometrie příze a použité technologie výroby.
  • Thumbnail Image
    Item
    Preparation, Characterization and Application of Cellulose Matrix Composites
    (2024-12-13) Tan, Xiaodong; Šašková Jana, Ing. Ph.D. :57793
    V současné době byly učiněny významné pokroky ve vývoji elektronických komponent a zařízení umožňující vytváření lehkých, odolných a ekologicky šetrných vodivých materiálů vhodných pro širokou škálu aplikací. Tato práce je zaměřena na inovativní přístupy k vývoji takových materiálů, se zdůrazněním jejich potenciálních multifunkčních projevů. První část práce je zaměřena na vytvoření hybridní membrány celulóza/oxid grafénu (GO) prostřednictvím procesu ekologického síťování silanu, který se vyznačuje jednoduchostí a minimální ekologickou stopou. Tato membrána se vyznačuje výjimečnými vlastnostmi, hydrofobní povahou, podporující samočistící schopnosti. Tato optimalizovaná hybridní membrána také dosahuje podstatného snížení povrchového odporu na hodnotu 720,69 . Rychlá tepelná odezva hybridní membrány, která se je schopna zahřát i zchladit během pouhých 5 sekund, spolu s její elektrotepelnou stabilitou, ji předurčuje pro aplikace v dynamických prostředích, jako jsou inteligentní textilie a elektrická topná zařízení. Druhá část práce se zaměřuje na modifikaci viskózových netkaných textilií pomocí 3-merkaptopropyltrimethoxysilanu (3-MT), pro usnadnění procesu pokovování částicemi mědi. Tento inovativní přístup vede k zavedení skupin SH na povrch viskózy, což výrazně zlepšuje její afinitu k iontům mědi. Modifikovaný materiál vykazuje zlepšenou odolnost proti korozi se snížením rychlosti koroze o 58 % ve srovnání s jeho nemodifikovaným protějškem. Navíc jeho odezva zahřívání Joule je pozoruhodně rychlá, nastává během 10 sekund při nízkém použitém napětí 1 V a vykazuje výjimečnou účinnost stínění proti elektromagnetickému rušení (EMI) s hodnotou přesahující 50 dB. Díky tomu je materiál vhodným kandidátem pro chytré oblečení, stínící bariéry EMI a senzory. Získané výsledky jsou důležité pro budoucí směr vývoje elektronických zařízení, se zaměřením na udržitelnost, efektivitu a integraci nových materiálů pro zlepšenou výkonnost a funkcionalitu.
  • Thumbnail Image
    Item
    New System of Electrodes for Supercapacitor
    (2024-12-13) Peng, Qingyan; Venkataraman Mohanapriya, M.Tech., M.F.Tech., Ph.D. :67443
    Tato práce představuje nový přístup k vývoji flexibilních superkondenzátorů, které využívají technologii reaktivního inkoustového tisku (RIP) k nanášení a "in-situ" redukci jednoduchých/kompozitních grafénových inkoustů na různé textilní substráty. Tato metoda využívá pokročilé techniky inkoustového tisku a umožňuje přesné nanášení materiálu a ladění složení, což umožňuje výrobu vysoce výkonných flexibilních elektrod vhodných pro superkondenzátory. První část této studie se zaměřuje na vytvoření ultralehkých čistých pevných superkondenzátorů s redukovaným oxidem grafénu (rGO) při použití nanovlákenných substrátů z polyvinylidenfluoridu (PVDF). Elektrody rGO/PVDF byly připraveny v různých tloušťkách vrstev inkoustovým tiskem a optimalizovány chemickou redukcí in-situ pomocí kyseliny L-askorbové (AA). Dopad tiskových vrstev rGO na jejich elektrochemické vlastnosti a další výkonnostní metriky byl analyzován pomocí potenciostatu Interface 1010E a jeho příslušenství. Kromě toho se k posouzení změn v morfologii a chemické struktuře povrchů elektrod použily pokročilé analytické techniky, jako je SEM, EDX, FTIR, Raman a XPS. Bylo ukázáno, že GO inkoust rovnoměrně pokrývá povrch PVDF nenavláčen a je úspěšně redukován in-situ na rGO. Vrstvy rGO dosahují vysoké vodivosti a dobrého elektrochemického výkonu na nanovlákenných membránových substrátech, přičemž vykazují maximální specifickou kapacitu 85,66 F/g. Kromě toho elektrody rGO/PVDF vykazují silnou stabilitu cyklu, udržují 93 % účinnost po 4000 cyklech nabití a vybití při proudové hustotě 2 A/g. Na základě výsledků z první části, byla druhá část studie zaměřena na přípravu kompozitních flexibilních superkondenzátorů kombinováním Ag nanočástic (AgNP) s rGO pomocí RIP technologie na flexibilní polypropylenové (PP) netkané textilii. Tato kombinace měla za cíl využít vysokou elektrickou vodivost Ag a kapacitní vlastnosti rGO k výraznému zlepšení celkových elektrochemických charakteristik kompozitních elektrod. Elektrody Ag/rGO/PP byly připraveny pomocí modifikovaného procesu inkoustového tisku, který zahrnuje další tiskovou hlavu pro nanášení inkoustu s dusičnanem stříbrným (AgNO3), který je současně potištěn inkoustem obsahujícím GO a redukční činidlo AA. Následovala "in-situ" redukce. V tomto procesu se Ag nanočástice přímo tvoří mezi plátky rGO, což fyzicky zabraňuje agregaci rGO, čímž se zvyšuje rychlost přenosu náboje a zvyšuje se kapacitní výkon elektrod. Testy vodivosti ukázaly, že zavedení Ag nanočástic výrazně snižuje povrchový odpor elektrod. Elektrochemické testy prokázaly, že kompozitní elektrody Ag/rGO vykazují vysokou specifickou kapacitu až 800,30 F/g a hustotu energie 70,9 Wh/kg při proudové hustotě 0,25 mA/cm?, spolu s vynikající stabilitou nabíjení a vybíjení.
  • Item
    Complex Analysis of EMI Shielding Fabrics
    (24.4.2025) Hu, Shi; Křemenáková Dana, doc. Dr. Ing. :54690
    V mnoha studiích bylo prokázáno, že použití textilních materiálů s funkční povrchovou úpravou je účinným postupem pro stínění elektromagnetického rušení (EMI) v reálných podmínkách. Ve srovnání s metalizovanými materiály začleněnými do tkaných textilních substrátů získávají netkané textilie s povrchovým nánosem kovů stále širší uplatnění v elektromagnetických stínicích materiálech díky jejich rychlé výrobě, nákladové efektivitě, flexibilní tenké struktuře a snadnému zpracování. U netkaných textilií s povrchovou úpravou kovovými částicemi je účinnost elektromagnetického stínění často omezena díky strukturnímu uspořádání vlákenné fáze. Strukturální modelování a simulace elektromagnetických stínicích vlastností zůstávají obecně málo prozkoumanými oblastmi. Rovněž chybějí studie pro předpověď účinnosti elektromagnetického stínění pomocí matematických modelů. V praktických aplikacích představuje rozpor mezi odolností proti praní a prodyšností textilií s povrchovou úpravou kovovými částicemi trvalou výzvu. Mnoho studií zaměřených na zvýšení odolnosti těchto materiálů proti praní často zanedbává nebo nevyhnutelně snižuje jejich prodyšnost. Navíc relativně nízká úroveň mechanických vlastnosti textilií s povrchovou úpravou kovovými částicemi dále omezují jejich použití pro elektromagnetickém stínění za náročných environmentálních podmínek. Tato disertační práce má formu souhrnných komentovaných vědeckých článků, které jsem publikoval v impaktovaných časopisech za účelem řešení výše uvedených problémů. Použitím vícevrstvé struktury je účinnost elektromagnetického stínění textilií s povrchovou úpravou kovovými částicemi účinně zvýšena o více než 88 % při pěti vrstvách, aniž by se měnil typ kovových částic v povrchovém nánosu. Na základě výrazného vývoje simulačních metod a matematických predikčních modelů byly v této práci vytvořeny efektivní nástroje pro navrhování a studium elektromagnetických stínicích vlastností textilií s povrchovou úpravou kovovými částicemi. Navíc povlakem pomocí technik chemické depozice Parylenu-C z plynné fáze bylo dosaženo jak zvýšené odolností proti praní, tak i prodyšnosti u textilií s povrchovou úpravou kovovými částicemi. V této disertační práci je proveden hlubší a systematický výzkum EMI stínění textilií s povrchovou úpravou kovovými částicemi. Získané výsledky nejen odstraňují nedostatky v simulacích a modelování elektromagnetického stínění pro předpovědi účinnosti stínění pro netkané textilie s povrchovou úpravou kovovými částicemi, ale také úspěšně řeší problémy s odolností proti praní a prodyšností. Tato práce rovněž navrhuje efektivní metodu pro zvýšení elektromagnetických stínicích vlastností textilií s povrchovou úpravou kovovými částicemi pomocí vícevrstvých struktur. Výsledky této disertační práce poskytují hlubší teoretický základ pro návrh a výrobu vysoce účinných textilií pro elektromagnetické stínění, rozšiřují rozsah použitelnosti a budou využitelné, zejména pro aplikaci netkaných textilií pokovených kovovými částicemi v různých oblastech elektromagnetického stínění.