Browse
Recent Submissions
- ItemPreparation, Characterization and Application of Cellulose Matrix CompositesTan, Xiaodong; Šašková Jana, Ing. Ph.D. :57793V 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.
- ItemNew System of Electrodes for SupercapacitorPeng, Qingyan; Venkataraman Mohanapriya, M.Tech., M.F.Tech., Ph.D. :67443Tato 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.
- ItemMakroskopické modelování vlákenných struktur - pokročilé numerické modelování vlákenné přízeVosáhlo, Josef; Novák Ondřej, Ing. Ph.D. :55120Disertační 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.
- ItemDevelopment of Flame Retardant Cotton Fabrics with Multifunctional PropertiesJaved, Asif; Šašková Jana, Ing. Ph.D. :57793Jedinečné 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.
- ItemRoztoky lineárních polyamidů v silném elektrickém poliHolec, Pavel; Pokorný Pavel, doc. Ing. Ph.D. :56808Zvyšující 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.