|
|
Vrstevnaté keramiky připravené metodou termoplastické koextruze
Kaštyl, Jaroslav ; Pabst, Willi (oponent) ; Hadraba, Hynek (oponent) ; Trunec, Martin (vedoucí práce)
V disertační práci byla připravena dvouvrstevná keramická tělesa s „core-shell“ geometrií pomocí metody termoplastické koextruze a na těchto kompozitních tělesech byly studovány mechanické vlastnosti. Pro studium koextruze a mechanických vlastností byly navrženy dva kompozitní systémy. První systém ZTA-A kombinoval hutné jádro ZTA (oxidu hlinitého zhouževnatěného oxidem zirkoničitým) s hutnou vrstvou Al2O3. Druhý systém ZST-Z se skládal z porézního jádra a hutné vrstvy v obou případech ze ZrO2. V práci byla studována reologie keramických termoplastických suspenzí a jejich vzájemné ovlivnění během koextruze. Následně byl studován průběh odstraňování pojiv a slinování a na základě optimalizace všech technologických kroků byla získána bezdefektní „core-shell“ tělesa. Na slinutých tělesech byly stanoveny mechanické vlastnosti (modul pružnosti, tvrdost a pevnost v ohybu). Pro odhad napětí v „core-shell“ tělesech namáhaných ohybem byl využit vztah uvažující rozdílné moduly pružnosti jádra a vrstvy. U těles systému ZTA-A došlo k navýšení pevnosti oproti pevnostem nevrstevnatých těles jednotlivých složek. Byla tedy získána tělesa s vysokou povrchovou tvrdostí vrstvy Al2O3 a navíc vykazující vysokou lomovou sílu při namáhání ohybem. U těles systému ZST Z byl snížen efektivní modul pružnosti až o 25 % oproti modulu pružnosti hutných nevrstevnatých vzorků. Stejného efektivního modulu pružnosti bylo možné u „core-shell“ těles dosáhnout při zachování výrazně vyšší lomové síly než u nevrstevnatých porézních těles nebo trubek.
|
|
|
Využití průtokové coulometrie ve studiu transportu kovových iontů v huminových gelech
Kalina, Michal ; Pabst, Willi (oponent) ; Klučáková, Martina (vedoucí práce)
Tato diplomová práce je zaměřena na studium nestacionární difúze měďnatých iontů v gelech huminových kyselin. Hlavním cílem práce byla optimalizace podmínek pro využití elektrochemického analyzátoru EcaFlow 150 GLP pro studium difúzních experimentů. Další část diplomové práce byla zaměřena na dosažení konstantních koncentračních profilů měďnatých iontů v huminových gelech. Posledním cílem bylo studium síly vazby mezi měďnatými ionty a huminovými kyselinami. Difúze byla charakterizována hodnotami difúzních toků a koncentračními profily měďnatých iontů v gelech. Data potřebná pro výpočet těchto veličin byla získána proměřením připravených extraktů z plátků huminových gelů po difúzi na elektrochemickém analyzátoru EcaFlow 150 GLP. Ze získaných výsledků vyplývá, že použitá metoda je po aplikaci několika úprav využitelná ke studiu difúzních experimentů. Extrakcí iontů z gelů pomocí různých činidel bylo dosaženo frakcionace měďnatých iontů podle síly vazby k huminovým kyselinám.
|
|
|
Behaviour of the Interface of Low Toughness Materials
Halasová, Martina ; Pabst, Willi (oponent) ; Tatarko, Peter (oponent) ; Fintová, Stanislava (oponent) ; Chlup, Zdeněk (vedoucí práce)
Práce je zaměřená na hodnocení faktorů ovlivňujících chování rozhraní v křehkých keramických materiálech vyztužených vlákny. Hlavním cílem bylo charakterizovat procesní vlivy působící na kvalitu rozhraní vlákno-matrice s ohledem na výsledné chování kompozitů při různém typu namáhání. Dílčím cílem bylo zmapovat možnost ovlivnění chování kompozitního materiálu volbou materiálu matrice, případně změnou postupu její přípravy, vedoucí ke změně vlastností rozhraní bez nutnosti modifikace povrchu výztuže. Jelikož materiál použitý ve studovaných kompozitech jako matrice byl založen na termické přeměně (pyrolýze) polymerních prekurzorů, byly výsledné materiály charakterizovány jak v částečně, tak i v plně pyrolyzovaném stavu. Chování rozhraní v kompozitních materiálech bylo hodnoceno nejprve z hlediska globálních projevů (tj. změn mechanických vlastností) a u vybraných reprezentativních kompozitů i z hlediska lokálních změn v blízkém okolí rozhraní (tj. mikrostruktury, chemických procesů, lomově mechanických procesů, atd.) vlivem různé teplotní expozice. V experimentu byly použity zejména kompozitní materiály připravené pyrolýzou polysiloxanových pryskyřic vyztužených čedičovými vlákny nebo vlákny typu Nextel™720. S ohledem na tepelnou odolnost výztuže obsahovaly čedičové kompozity matrici pyrolyzovanou pouze částečně (tj. do teploty 800°C), u kompozitů s výztuží z vláken Nextel™720 byla matrice již ve stavu po úplné přeměně polymeru na keramiku (SiOC). Při částečné pyrolýze polysiloxanové pryskyřice nastává rapidní změna chování kompozitu kolem teploty 600 °C. Bylo prokázáno, že v okolí této teploty má vytvořené rozhraní s čedičovým vláknem optimální adhezi/pevnost dovolující dosáhnout dostatečné úrovně pevnosti kompozitu při jeho přijatelné houževnatosti. Nad teplotou 750 °C již dochází k výrazným difúzním procesům v oblasti rozhraní a k tvorbě nových krystalických fází ve vlákně, čímž se zhoršuje pevnost vláken a naopak zesiluje soudržnost rozhraní, což vede k degradaci vlastností celého kompozitu. U kompozitních materiálů určených pro vysoké teploty, vyztužených vlákny Nextel™720, byla zjištěna výrazná odolnost proti oxidaci způsobená zejména plně pyrolyzovanou matricí. Neméně důležitým jevem byla pozorovaná tvorba mullitové mezifáze v povrchové oblasti vlákna. Objemové změny způsobené tvorbou mezifáze, difúzní přesun hmoty a teplotní expozice vedly k vytvoření tepelně a napěťově indukovaných mikro-trhlinek oslabujících okolí rozhraní v matrici i vlákně. Tento mechanismus v kontrastu se zesilující chemickou vazbou vlákna a matrice vedl k zachování vlastností kompozitu i při vysokých teplotách do 1500°C. Práce se také zabývala účinky rychlosti zatěžování, kde na rozdíl od statického zatěžování byly při dynamickém namáhání pozorovány jiné mechanismy porušení. Provedený výzkum vedl k popisu a vysvětlení ovlivnění vlastností rozhraní vlákno-matrice pomocí změny parametrů přípravy materiálu matrice, umožňující výrobu ekonomicky výhodného teplotně odolného kompozitu.
|
|
|
Difúze měďnatých iontů v huminových hydrogelech
Grunt, Jakub ; Pabst, Willi (oponent) ; Klučáková, Martina (vedoucí práce)
Tato práce se zaměřuje na studium difúze měďnatých iontů v hydrogelech huminových kyselin. Celkem osm různých hydrogelů bylo připraveno rozpuštěním huminových kyselin hydroxidem sodným a trifosforečnanem sodným. Pro jejich srážení, resp. síťování byla použita kyselina chlorovodíková a chloridy hořečnaté, vápenaté a železité. Modifikací přípravy hydrogelových systémů bylo dosaženo rozdílných interakcí tvořících dané gely. Cílem práce bylo posoudit vliv postupu přípravy na transportní vlastnosti gelů. Pro všechny gely byly proto zjištěny difúzní koeficienty. K jejich stanovení byly použity dvě různé metody: difúze z konstantního zdroje a difúze z okamžitého plošného zdroje. Metody se liší zdrojovou koncentrací měďnatých iontů a jsou tak vhodné pro posouzení vlivu koncentrace měďnatých iontů na difúzní koeficient. Oba postupy byly založeny na monitorování časového vývoje difúzních profilů měďnatých iontů v gelech a příp. stanovení celkového difúzního toku. Měďnaté ionty byly jako difundující médium zvoleny pro svou vysokou afinitu a silnou vazbu k huminovým kyselinám. Z měření vyplývá, že gely připravené použitím polyfosfátu umožňují mírně rychlejší difúzi měďnatých iontů gelem a že také metoda konstantního zdroje oproti metodě okamžitého plošného zdroje poskytovala vyšší hodnoty difúzních koeficientů.
|
|
|
Mechanical Reinforcement of Bioglass®-Based Scaffolds
Bertolla, Luca ; Prof. Dr.-Ing. habil. Aldo R. Boccaccini (oponent) ; Kotoul, Michal (oponent) ; Pabst, Willi (oponent) ; Dlouhý, Ivo (vedoucí práce)
Bioactive glasses exhibit unique characteristics as a material for bone tissue engineering. Unfortunately, their extensive application for the repair of load-bearing bone defects is still limited by low mechanical strength and fracture toughness. The main aim of this work was two-fold: the reinforcement of brittle Bioglass®-based porous scaffolds and the production of bulk Bioglass® samples exhibiting enhanced mechanical properties. For the first task, scaffolds were coated by composite coating constituted by polyvinyl alcohol (PVA) and microfibrillated cellulose (MFC). The addition of PVA/MFC coating led to a 10 fold increase of compressive strength and a 20 fold increase of tensile strength in comparison with non-coated scaffolds. SEM observations of broken struts surfaces proved the reinforcing and toughening mechanism of the composite coating which was ascribed to crack bridging and fracture of cellulose fibrils. The mechanical properties of the coating material were investigated by tensile testing of PVA/MFC stand–alone specimens. The stirring time of the PVA/MFC solution came out as a crucial parameter in order to achieve a more homogeneous dispersion of the fibres and consequently enhanced strength and stiffness. Numerical simulation of a PVA coated Bioglass® strut revealed the infiltration depth of the coating until the crack tip as the most effective criterion for the struts strengthening. Contact angle and linear viscosity measurements of PVA/MFC solutions showed that MFC causes a reduction in contact angle and a drastic increase in viscosity, indicating that a balance between these opposing effects must be achieved. Concerning the production of bulk samples, conventional furnace and spark plasma sintering technique was used. Spark plasma sintering performed without the assistance of mechanical pressure and at heating rates ranging from 100 to 300°C /min led to a material having density close to theoretical one and fracture toughness nearly 4 times higher in comparison with conventional sintering. Fractographic analysis revealed the crack deflection as the main toughening mechanisms acting in the bulk Bioglass®. Time–dependent crack healing process was also observed. The further investigation on the non-equilibrium phases crystallized is required. All obtained results are discussed in detail and general recommendations for scaffolds with enhanced mechanical resistance are served.
|
|
|
Nové metody studia reaktivity a transportních vlastností biokoloidů
Smilek, Jiří ; Weidlich,, Tomáš (oponent) ; Pabst, Willi (oponent) ; Klučáková, Martina (vedoucí práce)
Účelem předložené dizertační práce bylo studium reaktivity, transportních a bariérových vlastností biokoloidních a syntetických polymerních látek prostřednictvím jednoduchých difúzních technik. Studován byl především vliv základních fyzikálně-chemických parametrů (teplota, koncentrace, pH a modifikace materiálu) na reaktivitu výše uvedené skupiny látek. Jako vhodné modelové materiály, jejichž vlastnosti byly zkoumány, byli vybráni zástupci biokoloidních látek (huminové kyseliny, alginát, chitosan respektive hyaluronan) a jako zástupce syntetického polymeru (polystyrensulfonát). Reaktivita výše uvedených substancí byla zkoumána interakcemi s opačně nabitými organickými barvivy (methylenová modř, rhodamin 6G případně amidočerň 10B) v hydrogelových médiích na bázi termoreverzibilního lineárního polysacharidu (agaróza). Pozornost byla věnována rovněž charakterizaci zkoumaných látek, stejně tak jako hydrogelovým matricím, která byla realizována základními fyzikálně-chemickými metodami (infračervená spektrofotometrie, reologie, elementární analýza, termogravimetrie, rastrovací elektronová mikroskopie). Klíčovou oblast celé dizertační práce představuje optimalizace zvolených difúzních technik (metoda difúzní cely a nestacionární difúze v kyvetách) pro studium reaktivity, bariérových a transportních vlastností zvolených látek tak, aby se vyvinuté metody daly využít jako univerzální metoda pro studium reaktivity širokého spektra látek při různých experimentálních podmínkách. Na základě stanovení fundamentálních difúzních parametrů (difúzní koeficient, čas průchodu, koncentrace na rozhraní hydrogel-roztok, tortuozní faktor, zdánlivá rovnovážná konstanta a rozdělovací koeficient) bylo usuzováno o reaktivitě a transportních vlastnostech vybraných biokoloidních respektive syntetických substancí.
|
|
|
Vliv fyzikálních podmínek na difúzní procesy v huminových gelech
Marvan, Jan ; Pabst, Willi (oponent) ; Klučáková, Martina (vedoucí práce)
Diplomová práce je zaměřena na difúzi měďnatých iontů v gelu huminových kyselin (HK) získaných z lignitu. Gely byly vystaveny difúzi měďnatých iontů o různých počátečních koncentracích a různém pH vždy po stejnou dobu 24 hodin. Po ukončení difúze byl stanoven koncentrační profil v gelu a určen celkový difúzní tok. Na základě získaných výsledků lze konstatovat, že se zvyšující se kyselostí měďnatého roztoku dochází k snížení množství Cu2+ iontů imobilizovaných v gelu HK. V porovnání koncentrace/pH má koncentrace roztoku vždy větší vliv na difúzi Cu2+ iontů do gelu než změna kyselosti tohoto roztoku.
|
|
|
Vliv reaktivity na transport kovových iontů v huminových gelech
Smitalová, Michaela ; Pabst, Willi (oponent) ; Klučáková, Martina (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá studiem difúze měďnatých iontů v huminových hydrogelech. Hydro-gely byly připraveny z několika vzorků huminových kyselin lišících se způsobem a pod-mínkami jejich izolace z původních matric. U vybraných vzorků huminových kyselin byla provedena selektivní blokace reaktivních funkčních skupin (COOH, OH) metylací pomocí trimetylsilyl-diazometanu. Úspěšnost provedené metylace a zablokování funkčních skupin byla ověřeny pomocí FT-IR spektrometrie. Byla provedena sada difúzních experimentů. Experimentální uspořádání bylo voleno tak, aby pro zpracování dat mohl být využit mate-matický aparát okamžitého plošného zdroje. Základem použité metody bylo stanovení roz-ložení koncentrace měďnatých iontů v hydrogelech, jejich plátkováním, extrakcí do roztoku a stanovením koncentrací v extraktech pro jednotlivé plátky pomocí UV-VIS spektro-metrie. Na základě získaných experimentálních dat poté byly určeny efektivní difúzní koe-ficienty. Výsledné hodnoty v sobě zahrnují jak vliv struktury jednotlivých hydrogelů, tak vliv jejich reaktivity vůči měďnatým iontům. U vybraných vzorků byly připraveny gely s definovaným obsahem blokovaných funkčních skupin, což umožnilo prozkoumat vliv reaktivity na difúzi měďnatých iontů bez zásadních změn ve struktuře gelu (pórovitost). Blokace funkčních skupin se projevila v nižších hodnotách difúzních koeficientů v porovnání s gely připravenými z huminových kyselin takto nemodifikovaných. Byl též prokázán vliv postupu izolace huminových kyselin a jejich vlastností na difuzivitu.
|
|
|
Customized hybrid bioscaffolds for bone regeneration
Šťastný, Přemysl ; Šupová,, Monika (oponent) ; Pabst, Willi (oponent) ; Trunec, Martin (vedoucí práce)
The doctoral thesis titled “Customized hybrid bioscaffolds for bone regeneration” is divided into two parts. The first part tries to reveal the theoretical background of a bone-to-implant interaction and the current state of the art in the research of calcium phosphate materials and calcium phosphate-based implants for bone tissue engineering. The customization concept and a careful selection of phase composition represents two main points of the second, experimental, part of the doctoral thesis. The customization concept in this work is not only just a simple shape and dimension optimization process of an implant, but additionally attention is paid to the microstructural features, phase composition and phase distribution allowing the rational design and a production of tailor-made materials for dinstinct medical applications. Cellular and biological responses to the ceramic materials were evaluated both by in-vitro and in-vivo tests and were discussed against the material composition and the microstructural features. The doctoral thesis shows how a fundamental understanding of physical and chemical properties of the material under question can help to design implants material with an outstanding biological response. The in-vivo application of the customized implant and its comparison with the current gold standard bone graft material – bone autograft is a unique and valuable outcome of the doctoral thesis.
|
|
|
Behaviour of the Interface of Low Toughness Materials
Halasová, Martina ; Pabst, Willi (oponent) ; Tatarko, Peter (oponent) ; Fintová, Stanislava (oponent) ; Chlup, Zdeněk (vedoucí práce)
Práce je zaměřená na hodnocení faktorů ovlivňujících chování rozhraní v křehkých keramických materiálech vyztužených vlákny. Hlavním cílem bylo charakterizovat procesní vlivy působící na kvalitu rozhraní vlákno-matrice s ohledem na výsledné chování kompozitů při různém typu namáhání. Dílčím cílem bylo zmapovat možnost ovlivnění chování kompozitního materiálu volbou materiálu matrice, případně změnou postupu její přípravy, vedoucí ke změně vlastností rozhraní bez nutnosti modifikace povrchu výztuže. Jelikož materiál použitý ve studovaných kompozitech jako matrice byl založen na termické přeměně (pyrolýze) polymerních prekurzorů, byly výsledné materiály charakterizovány jak v částečně, tak i v plně pyrolyzovaném stavu. Chování rozhraní v kompozitních materiálech bylo hodnoceno nejprve z hlediska globálních projevů (tj. změn mechanických vlastností) a u vybraných reprezentativních kompozitů i z hlediska lokálních změn v blízkém okolí rozhraní (tj. mikrostruktury, chemických procesů, lomově mechanických procesů, atd.) vlivem různé teplotní expozice. V experimentu byly použity zejména kompozitní materiály připravené pyrolýzou polysiloxanových pryskyřic vyztužených čedičovými vlákny nebo vlákny typu Nextel™720. S ohledem na tepelnou odolnost výztuže obsahovaly čedičové kompozity matrici pyrolyzovanou pouze částečně (tj. do teploty 800°C), u kompozitů s výztuží z vláken Nextel™720 byla matrice již ve stavu po úplné přeměně polymeru na keramiku (SiOC). Při částečné pyrolýze polysiloxanové pryskyřice nastává rapidní změna chování kompozitu kolem teploty 600 °C. Bylo prokázáno, že v okolí této teploty má vytvořené rozhraní s čedičovým vláknem optimální adhezi/pevnost dovolující dosáhnout dostatečné úrovně pevnosti kompozitu při jeho přijatelné houževnatosti. Nad teplotou 750 °C již dochází k výrazným difúzním procesům v oblasti rozhraní a k tvorbě nových krystalických fází ve vlákně, čímž se zhoršuje pevnost vláken a naopak zesiluje soudržnost rozhraní, což vede k degradaci vlastností celého kompozitu. U kompozitních materiálů určených pro vysoké teploty, vyztužených vlákny Nextel™720, byla zjištěna výrazná odolnost proti oxidaci způsobená zejména plně pyrolyzovanou matricí. Neméně důležitým jevem byla pozorovaná tvorba mullitové mezifáze v povrchové oblasti vlákna. Objemové změny způsobené tvorbou mezifáze, difúzní přesun hmoty a teplotní expozice vedly k vytvoření tepelně a napěťově indukovaných mikro-trhlinek oslabujících okolí rozhraní v matrici i vlákně. Tento mechanismus v kontrastu se zesilující chemickou vazbou vlákna a matrice vedl k zachování vlastností kompozitu i při vysokých teplotách do 1500°C. Práce se také zabývala účinky rychlosti zatěžování, kde na rozdíl od statického zatěžování byly při dynamickém namáhání pozorovány jiné mechanismy porušení. Provedený výzkum vedl k popisu a vysvětlení ovlivnění vlastností rozhraní vlákno-matrice pomocí změny parametrů přípravy materiálu matrice, umožňující výrobu ekonomicky výhodného teplotně odolného kompozitu.
|
host ::
RSS.