Doctoral theses

Latest additions:
2020-07-11
10:40
Magneto-optical study of the dynamic properties of magnetic nanostructures and nanostructured metamaterials
Flajšman, Lukáš ; Chumak, Andrii (oponent) ; Revelosona, Dafiné (oponent) ; Spousta, Jiří (vedoucí práce)
The magnonics is the novel research topic in magnetism concerned with the physics of spin waves. The magnonics has the potential to introduce novel devices for wave-based computing with low power consumption. During the fabrication process of the magnonic devices using common materials and fabrication techniques, we are left only with a minimum means of how to alter the inherent properties of the magnetic materials. This highly limits the usability or versatility of the structures. This work introduces a novel material to the magnonics. The unique and highly deterministic properties of the structures prepared by focused ion beam direct writing into the metastable iron layer are presented and partially exploited in a set of prototypical structures prepared in the system. The important parameters of the system are extracted from the measurement of the spin-wave dispersion by the means of the phase-resolved Brillouin light scattering method. The findings are supported by the micromagnetic simulations and by using the analytical models. Three sets of novel magnonic devices that exploit the unique properties of the system are presented and tested.

Detailed record
2020-07-11
10:40
Experimentální studium pole neutronů v podkritickém urychlovačem řízeném jaderném reaktoru
Zeman, Miroslav ; Janda,, Jiří (oponent) ; Chudoba,, Petr (oponent) ; Katovský, Karel (vedoucí práce)
Tato disertační práce se zabývá ozařováním spalační sestavy složené z více než půl tuny přírodního uranu svazkem protonů o energii 660 MeV ve Spojeném ústavu jaderných výzkumů v Dubně. V obou případech byly napříč celou sestavou v horizontálních a vertikálních pozicích rozloženy prahové aktivační detektory (Al-27, Mn-55, Co-59 a In-nat), které byly aktivovány sekundárními neutrony produkovanými spalační reakcí. Aktivované terčíky byly měřeny a následně vyhodnocovány s pomocí jaderné gama-spektrometrie. V prahových detektorech byly analyzovány různé radionuklidy a byly určeny jejich hodnoty reakčních rychlostí. Z vypočítaných reakčních rychlostí byly určeny poměrné hodnoty pro ozařování sestavy obložené olovem a bez tohoto obložení. Následně bylo v jednotlivých pozicích spalační sestavy dopočítáno rozložení neutronového spektra generovaného uvnitř sestavy s využitím Co-59. Experimentálně získaná data byla porovnána se simulacemi provedenými metodou Monte Carlo pomocí kódu MCNPX 2.7.0.

Detailed record
2020-07-11
10:40
Pravděpodobnostní přístup pro hodnocení zemnících soustav
Vyčítal, Václav ; Gurecký, Jiří (oponent) ; Procházka, Karel (oponent) ; Toman, Petr (vedoucí práce)
Disertační práce se zabývá aplikací pravděpodobnostního přístupu pro vyhodnocení bezpečnosti zemnících soustav v distribučních sítích, především pak zemničů se společným zemněním vysokého a nízkého napětí, jako jsou případy distribučních trafostanic VN/NN. Jelikož v těchto případech dochází k ohrožení i laické veřejnosti v důsledku zanesení potenciálu do sítí nízkého napětí, byly tak vydefinovány očekávatelné dotykové scénáře a byly jim stanoveny očekávatelné míry rizika. Na základě získaných výsledků je pak zřejmé, že použití pravděpodobnostního přístupu se v kontextu těchto sítí může jevit jako vhodnější než současný deterministický přístup nejhoršího scénáře. Pro naplnění cílů disertační práce byl také proveden rozbor současných pravděpodobnostních přístupů, na jehož základě byly navrženy některá další zjednodušení použitelná při stanovování rizika. Ukazuje se například, že detailní modelování odporu lidského těla není úplně nezbytné, pokud se např. použije odpor pro 50 % populace a křivky fibrilace c3 a c4. Pro stanovení případné nejistoty spočteného rizika při aplikaci pravděpodobnostního přístupu na zemniče v distribučních soustavách pak byla také nemalá část práce věnována nepřesnostem modelování a výpočtu zemničů. Vliv nevhodného modelování zemničů společně s případnými dalšími parametry byl následně zkoumán v provedené citlivostní analýze. Z výsledků se jeví, že nevhodné modelování může vést k poddimenzování rizika o přibližně 40 % (tj. přibližně polovina řádu). Naproti tomu variace jiných dalších parametrů mající přímí vliv na pravděpodobnost fibrilace může způsobit nejistotu určení rizika až o jednotky řádů.

Detailed record
2020-07-11
10:40
Distance Protection Design Using Digital Input Data
Wannous, Kinan Hasan Wafaa ; Müller,, Zdeněk (oponent) ; Braciník, Peter (oponent) ; Toman, Petr (vedoucí práce)
IEC 61850-9-2 specifies that the transmission of sampled measured values (SMVs)over an Ethernet network, using sampled values generated by merging units of IEDsor individual merging units, instrument transformers. The implementation of IEC 61850-9-2 depends on the dataset specifications such as time synchronization, sample counts, and interval time. The dissertation is focused on protection algorithms and analyses the impact of IEC61850-9-2LE on physical protections with (analog-digital) input data of voltage and current. With the increased interaction between physical devices and communication components, the test proposes a communication analysis for a substation with the conventional method (analog input) and digital method based on the IEC 61850standard. The thesis analyses the merging unit’s functions for relays using IEC61850-9-2LE. The proposed method defines the sampled measured values source and analysis of the traffic. Further, the thesis deals with the programming of protection function algorithms in Matlab. The model evaluated the harmonics impact on digital relays and the impact of current transformer saturation on distance protection. In the end, the thesis deals with the assessment of the benefits of IEC 61850-9-2LEusing a neural network. The last chapter focuses on a real-time application that subscribes the data stream coming from a substation near the protection laboratory in Brno University of Technology. IEC 61850-9-2 LE SMVs are used to transmit the traffic to a university lab-oratory with 16 km of fiber optic cable. The application built using Matlab and can read the traffic from the ethernet port, the traffic decoded and convert from ASCII to the decimal numbers then draw the current and voltage values. The application developed without using any need for additional hardware, the requirements are the ethernet port RJ45 from the station and pc that is running Matlab. The benefits and features of the application, easy to use, ability to implement all the distance protection functions, calculation of the RMS values of the voltage and current, harmonic distortion, the harmonic components with FTT analysis, distance protection characteristics and fault impedance calculation. All calculations implemented in real-time, moreover, in this chapter include sensitivity analysis of the Matlab model in previous chapters. Distance protection functions discussed in this thesis used the offline model of Matlab or captured with Comtrade format files

Detailed record
2020-07-11
10:40
Algoritmy a metody pro fúzi dat maticových snímačů při mapování interiéru budovy
Klečka, Jan ; Hlaváč, Václav (oponent) ; Železný, Miloš (oponent) ; Horák, Karel (vedoucí práce)
Dizertace se zabývá metodami pro souběžné zpracování dat z množiny typově odlišných snímačů pro tvorbu virtuální mapy. Koncepčně byl vývoj zaměřen na algoritmy pro tzv. souběžnou lokalizaci a mapování. V rámci teoretického rozboru je problém zkoumán z hlediska pravděpodobnostního přístupu k této problematice. Praktická část práce je zaměřena na nový koncepční přístup označovaný jako částečně kolektivní mapování, jehož aplikace vede k tvorbě mapy ve formě množiny jednoduchých geometrických entit modelujících rozhraní mezi překážkami a volným prostorem.

Detailed record
2020-07-11
10:40
New technique on a chip for rapid detection of biological materials
Pejović Simeunović, Jelena ; Foret,, František (oponent) ; Táborský,, Petr (oponent) ; Hubálek, Jaromír (vedoucí práce)
This work proposes a technique for on-chip separation and detection of quantum dots (QDs) conjugated with various proteins in order to study the inuence of the coupling agent on a quenching of QD uorescence intensity caused by conjugation to a protein and to perform multi-analyte immunoassay to identify small amounts of the protein. Under optimal conditions, bioconjugated QDs were successfully separated from free QDs within 10 minutes. Particles and target solutions were mixed, and on-chip detection was performed using a device developed in our laboratory. Only one excitation light source was used in combination with several filters for different emission wavelengths. Fluorescence emitted by the two types of conjugated QDs could then be recorded simultaneously since the QDs emitted light at different wavelengths while being excited at the same wavelength. By mixing two types of QDs bioconjugated with two kinds of proteins and antibodies we were able to detect immunocomplex peaks with varying areas. The peak area depended on concentration of QDs and antigens, on the progress of antibody-antigen reaction and proved to be linearly correlated with the antigen concentration. We showed that on-chip capillary electrophoresis of QDs can be used as a sensitive technique for detection of biological molecules. The main benefits of this method are simplicity, small sample and reagent volume requirements, and high efciency of separation.

Detailed record
2020-07-11
10:40
Utilization of theoretical and experimental approaches to sintering for tailoring the microstructure and properties of advanced ceramic materials
Spusta, Tomáš ; Pánek,, Zdeněk (oponent) ; Michálková,, Monika (oponent) ; Maca, Karel (vedoucí práce)
This thesis is focused on possibility of microstructure tailoring of selected oxide advanced ceramic materials (alumina, cubic and tetragonal zirconia) by post-Hot isostatic pressing (post- HIPing) method in order to produce samples with full density and minimal grain size. Considering that the post-HIPing is in majority of cases the finishing technique, the presintering (preparation of specimens in close porosity stage) was also heavily studied. Extensive theoretic and experimental research of pre-sintering advanced oxide materials resulted in several observations. It was found out, that pore closure is material characteristic governed by interfacial energies (pore closure ranging from 92 to 96% t.d. in dependence on used material), it is independent on green body processing and it is also independent on sintering history. In order to examine the microstructure via scanning electron microscope and to increase the efficiency of the microstructure analysis, the novel low temperature thermal etching method was developed. The low temperature 900 °C for 1 hour allows to thermally reveal microstructure for both partially sintered and fully dense specimens without thermal contamination (increase in the density and grain size) of the examined samples. The pre-sintered samples were post-HIPed at designed combinations of temperature (1200- 1400 °C), applied pressure (50 and 200 MPa) and dwell time (0.5-9 hours) in order to examine influence of these post-HIPing parameters on the microstructure of the samples. The most important observation was minimal influence of the applied pressure on the grain growth during post-HIPing, while it has significant densification capability. The sintering temperature and dwell time also exhibit densification potential, however with negative effect on the grain size inhibition after post-HIPing respecting kinetic grain growth reaction – exponential effect for temperature and parabolic for dwell time. Such observations were accompanied to prepare optimized post-HIPing cycles for observed materials, resulting into the specimens with density above 99.7 % t.d. and with only minimal (below 10 %) increase in the grain size compared to pre-sintered grain size. Obtained knowledge was applied for production of transparent alumina ceramics doped by erbium with photo luminescent properties. Obtained HV 10 hardness (26.9 GPa) and real inline transmittance (RIT 56 %) are the highest values among the rare-earth doped alumina published so far.

Detailed record
2020-07-11
10:40
Extremely fast sintering of advanced ceramic materials
Tan, Hua ; Chlup,, Zdeněk (oponent) ; Sedláček,, Jaroslav (oponent) ; Salamon, David (vedoucí práce)
Rapid sintering techniques, such as Spark Plasma Sintering (SPS), Flash Sintering (FS), Selective Laser Sintering (SLS), Induction Sintering (IS), and Microwave Sintering (MS), are designed to effectively and predictably control ceramic microstructure during the sintering process. Spark Plasma Sintering as one of the most novel rapid sintering technique has been studied for decades. There are three main features in SPS: direct Joule heating, pulsed direct current, and mechanical pressure. However, the mechanisms of these features are not clearly and fully addressed. This thesis was inspired by the increasing attention towards rapid sintering techniques and open scientific questions. The present study has four parts, investigation of ‘Field effect’, pulse pattern effect, pressure effect, and direct Joule heating. The results showed the negligible impact of the electromagnetic field during SPS according to the simulation as well as no ‘field effect’ was found during the experiments. While the effect of pulse pattern was significant, the TiO2 powder was sintered by pulse patterns 12:2 and 10:9 with the constant power input. Titania grain size increased one order of magnitude and 8% in density after application of the pulse pattern 10:9, while the amount of consumed energy remained constant. The variation of the effective power and contact resistance induced by the mechanical pulse are two main reasons accounting for the varying energy efficiency heating with different pulse patterns. The pressure timing effect also significantly influenced the SPS. The results showed that applying the pressure at 900 brought high density and small grain size of the sintered alumina nanopowder, leading to the best Vickers hardness. The interaction between pressure and vapor, leading to the different vapor transfer rate of the first sintering stage, was considered as a reason for the differences in microstructure (micropores, grain size, etc.). The timing of the mechanical pressure can also promote the densifying diffusion mechanisms during the second sintering stage, such as grain boundary diffusion and lattice diffusion. The direct Joule heating of the electrically conductive samples by direct electrical current passing through the sample leads to high internal and low measured temperature when sintering boron carbide (B4C) and its composites. Adding titanium alloy and silicon in B4C significantly increased the densification, which was the main reason for the change of mechanical properties. The sample doped by 1 vol. % of Ti alloy (B4C+1.0Ti) reached the hardness 3628.5 ± 452.6 HV1 (16.2% higher than pure boron carbide) with a fracture toughness 2.11 ± 0.25 MPam0.5. The sample doped by 0.5 vol. % of Si (B4C+0.5Si) achieved the hardness 3524.6 ± 207.8 HV1 (13.0% higher than pure boron carbide), the sample B4C+1.0Si achieved the highest fracture toughness 2.97 ± 0.03 MPam0.5 (15.6% higher than pure boron carbide). The grains of titanium doped composites became a bit larger and inhomogeneous compared with the pure boron carbide. In contrast, the grain size of silicon doped samples did not change compared with that of pure boron carbide. The secondary phase silicon carbide was well connected with the boron carbide matrix and showed a great strengthen effect on both the hardness and fracture toughness. This work examined various features of the SPS technique and their effect on ceramic materials, leading to a better understanding of this novel technique.

Detailed record
2020-07-11
10:40
Use of thermally conductive non-metallic materials for cooling systems in automotive lighting technology
Zachar, Martin ; Makki, Zbyněk (oponent) ; Vitkovič, Pavol (oponent) ; Kotrbáček, Petr (vedoucí práce)
This thesis deals with the use of non-metallic highly thermally conductive materials, more concrete-ly special plastic materials, enriched with highly thermally conductive additives, for the purpose of passive cooling of a given heat source. The thesis compares the effectivity of these heat sinks with the classically used materials, specifically aluminium. The thesis is divided into two main sections, theoretical and practical. The theoretical part deals with a constantly growing need of LED (Light Emitting Diode) chips cooling in automotive head-lamps, where the new materials could be put into effect, analyses possible replacement of classic aluminium heat sinks with different materials with a significantly lower thermal conductivity and introduces problems of such materials. The practical part applies the problematic described in the theoretical one on the actually produced heat sinks, which are compared among themselves, with regard to their method of production, as well as with aluminium counterpart in different conditions. Furthermore, the problematic of de-signing a heat sink made from material which is characteristic for its highly anisotropic thermal con-ductivity is dealt with. The end of the thesis shows the importance of heat dissipation via radiation, which can have a great significance in case of plastic heat sinks and in a specific applications.

Detailed record
2020-07-11
10:38
Analýza vlivů vybraných rušivých podnětů na pozornost řidiče
Bucsuházy, Kateřina ; Rybka, Jindřich (oponent) ; Mičunek,, Tomáš (oponent) ; Semela, Marek (vedoucí práce)
Dizertační práce se zaměřuje na problematiku nepozornosti řidičů jako jeden z hlavních faktorů přispívajících ke vzniku dopravních nehod. V úvodu je vymezena důležitost řešené tematiky prostřednictvím rozsáhlé rešerše. V rámci teoretického rozboru je uvedena terminologie v oblasti analýzy nehod související s problematikou této dizertační práce. Dále byly analyzovány stávající metody využívané pro analýzu chování řidičů. Byly představeny rovněž výsledky existujících výzkumných studií s důrazem zejména na problematiku vlivu rušivých vlivů na pozornost řidiče. Na základě provedené rešerše byly identifikovány výzkumné otázky, z nichž část je předmětem řešení této práce. Vymezená problémová situace a rovněž formulované problémy poukazují zejména na nezbytnost nalezení a validaci relevantních moderních metod pro analýzu vlivu vybraných rušivých vlivů na pozornost řidiče, resp. vybrané fáze procesu zpracování informace řidičem. Série provedených měření pak poskytuje rovněž kvantifikované údaje zejména s ohledem na časovou náročnost vnímání vybraných rušivých podnětů řidičem.

Detailed record