|
|
Optimalizace organických solárních článků
Kratochvíl, Matouš ; Novák, Vítězslav (oponent) ; Weiter, Martin (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zaměřuje na přípravu velkoplošných organických solárních článků technikami kompatibilními s velkoobjemovou produkcí. Teoretickou část tvoří rešerše shrnující základní teoretické podklady fungování organických solárních článků a současný stav zkoumání přesunu od laboratorní k velkoobjemové výrobě. Experimentální část práce se zaobírá optimalizací metod přípravy vrstev struktury solárních článků, které je možné převést do průmyslového měřítka.
|
|
|
Materiály s FR/NIR fluorescencí
Chovanec, Filip ; Kratochvíl, Matouš (oponent) ; Vala, Martin (vedoucí práce)
Táto bakalárska práca sa zaoberá problematikou materiálov, ktorých fluorescenčné maximá emisných spektier sa nachádzajú v oblasti ďaleko-červeného (far-red, FR), čo značí vlnovú dĺžku 700-800 nm, a blízko-infračerveného (near-infrared, NIR), teda 800-2500 nm, elektromagnetického žiarenia. Materiály, ktoré budú rozoberané v práci, sú organického pôvodu, pričom sú založené na chromoforoch s vnútorným prenosom náboja (charge-transfer, CT). Základom takýchto molekúl je elektrón-donorná skupina atómov, v tomto prípade difenylamín, ktorý je pomocou -konjugovaného mostíku v podobe, buď to difenylstilbénu alebo dixylilstilbénu spojený s elektrón-akceptornou skupinou. Takýto systém má, vďaka variabilite daných skupín, voliteľne nastaviteľnú mieru vnútorného prenosu náboja, ktorého sila sa odráža na pozícii fluorescenčného maxima. Teoretickou rešeršou v oblasti tejto problematiky boli získané znalosti o fluorescencii týchto látok, mechanizmoch a javoch, ktoré môžu túto fluorescenciu sprevádzať. V neposlednom rade boli získané informácie o stratégiách pri vytváraní požadovaného elektrón donor-akceptorného systému alebo iných stratégiách, ktoré vedú k fluorescencii vo FR/NIR regióne. Pomocou fluorescenčnej spektroskopie bola pozorovaná a charakterizovaná závislosť fluorescenčných maxím daných molekúl, či už na elektrón-akceptornej skupine, ktorá sa v molekule nachádzala, alebo na zvolenom -konjugovanom mostíku. Zároveň bola, vzhľadom na tieto štruktúrne zmeny, zaznamenaná aj zmena v hodnotách kvantových výťažkov fluorescencie a dôb života fluorescencie. Výsledkom bakalárskej práce je poznatok, že čím silnejší vnútorný prenos náboja v molekule nastáva, tým sa zväčšuje bathochrómny posun emisného spektra fluoroforu. Súčasne bolo zistené, že toto platí hlavne v prípade kvapalných vzoriek, zatiaľ čo v prípade pevných vzoriek bathochrómny posun nebol tak veľmi výrazný.
|
|
|
Novel materials for organic and hybrid electronics and photonics
Kratochvíl, Matouš ; Yumusak,, Cigdem (oponent) ; Táborský, Petr (oponent) ; Weiter, Martin (vedoucí práce)
The field of organic electronics offers the unique possibility of mass production of cheap and environmentally friendly electronics. It opens doors to novel functionalities and device forms not possible with the standard metal- and silicon-based electronics. The possibilities given by the nature of organic compounds and progress in synthetic research supply new materials for photonic applications. The search for novel materials and the investigation of the relationship between the molecular (and crystalline) structure and properties of the material are the main motivation of this thesis. This thesis is focused on study of optical and/or electrical properties of novel materials for photonic applications. The materials presented in the thesis are both organic and hybrid organic-inorganic ones, trying to get the best of both worlds. The research presented in this thesis comprises three distinct parts interconnected by the aim to study the relationship between the structure of material and its properties and by the methods used to study these properties. The first part aims to present efficient solid-state fluorescent (SSF) materials. In this thesis two series of SSF materials are presented. The colour of the emission is controlled by varying the electron withdrawing groups in the push-pull systems of molecules. The results show efficient emission (>10 %) covering most of the visible spectrum (~450–650 nm). The second part of the research investigates the effect of thionation on the well-known small-molecule group of semiconductors, diketopyrrolopyrroles (DPPs). The presented result shows a notable preference for n-type behaviour upon thionation with increase of electron mobilities by orders of magnitude, as well as impressively low lying LUMO levels (~ 4,5 eV) in the studied molecules. The third part of the presented results aims at perovskite materials for photonic applications. The hybrid material, organo-lead-halide perovskite, has been the center of attention of researchers interested in advanced photonics for almost a decade and half. The perovskite solar cells have shown remarkable efficiency, however, their utilization is still hindered by stability issues. A stability study is presented as a reference point for further research on this topic and to gather insight into processes influencing the stability of perovskite material and solar cells. Then an approach to increase the stability and performance of the cell is proposed and tested utilizing materials studied in the second study.
|
|
|
Příprava a charakterizace tenkých organických fotovoltaických vrstev
Kratochvíl, Matouš ; Zmeškal, Oldřich (oponent) ; Weiter, Martin (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zaměřuje na přípravu organických solárních článků a charakterizaci jejich vlastností. Teoretickou část tvoří rešerše zaměřená na současné poznatky v této oblasti a základní teoretické poznatky o mechanizmech fungování organických solárních článků. Experimentální část práce se zaobírá přípravou solárních článků, přičemž se zaměřuje na velkoplošné články, a charakterizací základních elektrických a optických vlastností těchto článků.
|
|
|
Pi-conjugated molecules exhibiting singlet fission
Sahuľ, Martin ; Kratochvíl, Matouš (oponent) ; Vala, Martin (vedoucí práce)
This bachelor thesis focuses on characterisation of novel materials designed for use in future generation of photovoltaic cells. Examined materials were derivates of diketopyrollopyroles, in which the process of singlet fission was confirmed. Using fluorescence reference standards, the correctness of research methodology was confirmed. Measurements of basic optical and fluorescence characteristics such as absorption, excitation and emission spectra, wavelengths of their respective maximum values and quantum yields were made. Since the studied materials only differed in the number of bromine atoms, the effect of bromation on the properties of molecules was discussed from the acquired values. It was found, that substituted bromine atoms increase the excitation and emission wavelengths of diketopyrollopyroles, therefore decreasing the energy needed to excite the molecule. Next, a new method using fluorescence measurements in a magnetic field that can be used for a quick analysis of singlet fission was developed. Measurements made using this method confirmed the occurrence of singlet fission in rubrene as well as in studied materials. Performed measurements gathered new useful information for the design of new molecules and further improvement of the developed method.
|
|
|
Studium host-guest systémů pro přípravu účinných pevnofázových emitorů v infračervené oblasti
Rottenberg, Vojtěch ; Smolka, Rastislav (oponent) ; Kratochvíl, Matouš (vedoucí práce)
Cílem této bakalářské práce je sestavení stručné rešerše týkající se fluorescence v pevné fázi, vyhledání vhodných molekul pro přípravu host-guest systémů, které vykazují vysoké kvantové výtěžky pevnofázové fluorescence v infračervené oblasti, a jejich následná analýza. Tyto systémy se skládají z převládající molekuly (host), která vykazují vysoké kvantové výtěžky fluorescence, a množstevně méně zastoupené molekuly (guest), které vykazují fluorescenci v infračervené části elektromagnetického spektra. Byly zvoleny následující molekuly: (E)-N,N-difenyl-4-(2-(5'-vinyl- [1,1':4',1''-terfenyl]-2'-yl)vinyl)anilin (–V) a (E)-5'-(4-(difenylamino)styryl)-[1,1':4',1''-terfenyl]-2'- karbonitril (–CN) jako host molekuly a (E)-2-((5'-(4-(difenylamino)styryl)-[1,1':4',1''-terfenyl]-2'- yl)methylen)malononitril (–DCV) jako guest molekula. Pro analýzu vzorků byly změřeny emisní a excitační spektra pomocí fluoroforu, kvantové výtěžky pomocí integrační sféry a doba života fluorescence pomocí metody TCSPC (time-correlated single photon counting). Ze spektrálních analýz a kvantových výtěžků bylo stanoveno, že molekula (E)-5'-(4-(difenylamino)styryl)-[1,1':4',1''- terfenyl]-2'-karbonitril (označena jako –CN) je vhodnou host molekulou, (E)-2-((5'-(4- (difenylamino)styryl)-[1,1':4',1''-terfenyl]-2'-yl)methylen)malononitril není vhodnou guest molekulou a vhodnost využití molekuly (E)-N,N-difenyl-4-(2-(5'-vinyl-[1,1':4',1''-terfenyl]-2'-yl)vinyl)anilin jako host molekuly je neprůkazná.
|
|
|
Rezonanční přenos energie ve studiu interakce polymerů a vezikul
Jízdná, Zuzana ; Kratochvíl, Matouš (oponent) ; Mravec, Filip (vedoucí práce)
Předkládaná bakalářská práce se zabývala přípravou kataniontových vezikulárních systémů, které byly tvořeny tenzidy CTAB a SDS, pro studium jejich vzájemné interakce s polymerem hyaluronanem pomocí měření Försterova rezonančního přenosu energie. Nejprve byly připraveny koncentrační řady vezikulárních systémů s fluorofory. Použitými fluorofory byly DPH, perylen a fluorescein. Poté byla měřena doba života fluorescence vybraných fluoroforů, metodou TCSPC. Následně byly měřeny charakteristiky připravených vezikulárních systémů metodami DLS a ESL. Pro finální měření interakce vezikuly s polymerem byl na základě všech provedených měření zvolen vezikulární roztok, který obsahoval DPH o koncentraci 3·10-5 mol/l a hyaluronan. Byly testovány dvě molekulové hmotnosti hyaluronanu (300 a 900 kDa) o hmotnostních koncentracích 1, 5, 10, 50 a 100 mg/l. Měřením bylo potvrzeno, že dochází k jejich vzájemné interakci a tento systém by tedy mohl nalézt uplatnění v medicínském odvětví.
|
|
|
Organické luminofory s dlouhovlnnou emisí
Kolaříková, Adéla ; Kratochvíl, Matouš (oponent) ; Vala, Martin (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá studiem možnosti dosáhnout intenzivní fluorescence v červené oblasti spektra pomocí Försterova rezonančního přenosu energie (FRET) v nanočásticích. Nejprve byly studovány optické vlastnosti organických molekul, které by mohly být vhodné pro vytvoření tzv. host-guest (HG) systému tvořeného párem akceptor-donor. Studované molekuly byly založeny na derivátech difenylstilbenu obsahujícího elektron-donorovou skupinu difenylamin (DPA-DPS), která je pomocí konjugovaného systému dvojných vazeb spojena s lišící se elektron-akceptorovou skupinou. Použité akceptorové skupiny, tj. indandion (-IOO), vinyl (-V) a di(methoxykarbonyl)vinyl (-V(COOMe)2) se vzájemně liší strukturou a polaritou, která se projevila změnou polohy fluorescenčního spektra. Ve studovaných HG systémech látka DPA-DPS-IOO sloužila vždy jako host (G1) a látky DPA-DPS-V a DPA-DPS-V(COOMe)2 jako hostitel (H1 nebo H2). Nanočástice z těchto látek (G1H1 a G1H2) byly připraveny metodou nanoprecipitace. U obou těchto systému byl pozorován FRET. Při excitaci matrice byla energie přenesena na hosta G1, který následně fluoreskoval v dlouhovlnné oblasti. U nanočástic vytvořených ze systému G1H2 bylo dále pozorováno i zvýšení kvantového výtěžku fluorescence hosta a to jak v porovnání s práškovou formou, tak nanočásticemi vytvořených pouze ze samotného hosta, ze 7 % (prášek) a 3,1 % (nanočástice) na 14 %. U nanočástic systému G1H1 nebyl nárůst kvantového výtěžku fluorescence hosta pozorován. Z výsledků vyplynulo, že FRET může být účinný nástroj při vývoji nanočástic vykazující intenzivní dlouhovlnnou fluorescenci pro zobrazovací metody.
|
|
|
Studium nových materiálů pro organické solární články
Varchenko, Marko ; Gavranović, Stevan (oponent) ; Kratochvíl, Matouš (vedoucí práce)
Cílem práce je sestavení rešerši o současném stavu poznání o přípravě organických solárních článků, zejména o používaných materiálech, příprava tenkých vrstev a organických solárních článků ze studovaného a referenčních materiálů, charakterizace vlastností připravených vrstev a článků (optické vlastnosti, tloušťka a voltampérová charakteristika). V teoretické častí jsou popsaný hlavně organické solární články, jejich struktura, princip fungovaní a použité materiály. V Experimentální částí jsou popsány výroba organických solárních článků, použité metody při výrobě, vzniklé problémy a dilemata, a rovněž vysvětleny metody pro charakterizace vlastnosti vrstev a článků. Výsledkem je zjištění závislosti mezi jednotlivé vlastností vrstev, optimalizace výroby článků pomoci referenčních materiálů a výroba sérii se studovaným materiálem, který bude ohodnocen pomoci voltampérové charakteristiky.
|
|
|
Elektrochemická generace peroxidu vodíku pro biotechnologické aplikace
Runštuková, Nikola ; Kratochvíl, Matouš (oponent) ; Ehlich, Jiří (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá propojením dvou odlišných oborů, elektrochemie a biotechnologie, kdy je elektrochemicky generovaný peroxid vodíku následně využit při bakteriálních kultivacích. Peroxid byl syntetizován v elektrolytickém článku redukcí kyslíku na katodě, na kterou byl aplikován vhodný elektrický potenciál. Cílem práce bylo prozkoumat závislost produkovaného množství peroxidu vodíku na několika vybraných parametrech, jako je katodový potenciál, elektrodový materiál, geometrie měřící cely či rychlost míchání, a následně tyto poznatky aplikovat při kontinuálním stresování bakterie Cupriavidus necator H16, za účelem zvýšené produkce polyhydroxyalkanoátů. Vybrané parametry byly nejprve otestovány v malých měřících celách a následně byly provedeny experimenty ve větším měřítku, tedy Erlenmeyerových baňkách. Během experimentů byla zkoumána velikost produkovaného elektrického proudu a měřena koncentrace peroxidu spektrofotometricky a koncentrace kyslíku pomocí optického senzoru. Na základě dosažených výsledků byly následně kultivovány bakterie v baňkách se zabudovaným systémem ocelových elektrod, díky nimž docházelo ke kontinuálnímu působení oxidačního stresu v podobě in situ generovaného peroxidu vodíku. Bakteriální kultury byly hodnoceny na základě změny optické hustoty, gravimetrické analýzy a analýzy pomocí GC-FID. Bylo zjištěno, že i malé množství peroxidu vodíku (~25 M) dokáže vyvolat stresovou odpověď organismu v podobě zvýšené syntézy polyhydroxybutyrátu (PHB). Bylo dosaženo procentuálního zvýšení obsahu PHB v biomase, nicméně celkový výtěžek polymeru byl nižší z důvodu nižšího nárůstu biomasy.
|
host ::
RSS.