|
|
Magnetically assembled nanoparticle structures and their effect on mechanical response of polymer nanocomposites
Zbončák, Marek ; Khúnová,, Viera (oponent) ; Crosby, Alfred (oponent) ; Jančář, Josef (vedoucí práce)
Magnetically directed self-assembly in polymer nanocomposites is studied in this dissertation thesis. Structuring of the polymer nanocomposites by application of relatively weak external magnetic fields (B=0-50 mT) has been proven to be convenient method for the control of their nano- and microstructure. The effect of the field strength, particle loading, viscosity and assembling time on the resulted structure was studied in different systems such as photopolymer, polyurethane or colloidally dispersed magnetic nanoparticles in acetone with a small amount of dissolved polymer. Self-assembled structures – without application of the external magnetic field exhibit a multi-step aggregation into nanoparticle assemblies with a complex shape. By the calculation of interaction energies between the nanoparticles, magnetic interactions were attributed to be mainly responsible for the aggregation in self-assembled systems. With an increasing magnetic field, magnetic nanoparticles are rapidly arranged into high aspect ratio one-dimensional particle chains with a homogenous orientation in the bulk polymer matrix. After prolonged assembling time, the structures gradually grow from small submicro structures to large microscopic superstructures. This method exhibits large potential to be used for controlled creation of wide variety of structures in polymer nanocomposites suitable for technological applications and/or for fundamental studies. Magnetically structured polymer nanocomposites show significant directional anisotropy of composite’s stiffness at the temperatures above glass transition of the system while there is no effect on the mechanical response in glassy state. Longitudinally oriented structures exhibit much stronger effect on the composite’s stiffness. Reinforcing effectivity exhibits temperature dependent course with a maximum obtained approximately 60 °C above glass transition. The structure of magnetically assembled polymer nanocomposites was described by multi-level hierarchic model of material. Micromechanics was used to address the orientation dependent reinforcement and temperature dependent stiffness of the hybrid nanoparticle-polymer structures. Load carrying capability, deformation and non-zero stiffness of the hybrid structures were attributed to be responsible for the reinforcement of the polymer nanocomposites. The presence of polymer bridges between nanoparticles transmitting the stress through the magnetic structures is proposed to be essential for the mechanical properties of polymer nanocomposites and for stiffness of the hybrid structures.
|
|
|
2D metal-organic frameworks from organic carbonitrile molecules on weakly interacting substrates
Kurowská, Anna ; Torre, Bruno de la (oponent) ; Blatnik, Matthias (vedoucí práce)
Molecular self-assembly is a spontaneous association of molecules into well-defined supra-molecular structures on surfaces. Organic molecules exhibiting self-assembly can act as building blocks at the nanoscale and allow for a bottom-up synthesis of atomically precise arrangements, e.g., two-dimensional (2D) nanoarrays. The incorporation of metal atoms leads to the formation of a 2D metal-organic framework (2D MOF). Therein, embedded (magnetic) metal atoms are arranged in a periodic way, linked by organic linker units. At the surface of a material, this holds powerful opportunities, e.g., to change the electronic properties of a material or enable the usage of exotic new states of matter in device technology. This thesis studies assembled structures of carbonitrile molecules and transitional metal atoms on coinage metal and topological insulator surfaces. The molecules HATCN and DCA are tested as suitable candidates for organic linker units. We present especially LEEM and STM results for molecular self-assembly on both types of surfaces and for the metal-organic structure formation on coinage metals. In particular, the DCA molecules show high potential as a linker. We successfully formed a long-range ordered MOF with Fe atoms on the Ag(111) surface and a molecular self-assembly was observed for DCA deposited on Bi2Se3.
|
|
|
Association behavior of diblock copolymers with pH-responsive and thermoresponsive blocks in aqueous solutions
Škorňa, Adam ; Štěpánek, Miroslav (vedoucí práce) ; Raus, Vladimír (oponent)
Univerzita Karlova Přírodovědecká fakulta Studijní program: Makromolekulární chemie Studijní obor: Makromolekulární chemie Bc. Adam Škorňa Asociační chování dvojblokových kopolymerů s pH-responsivními a termoresponsivními bloky ve vodných roztocích Associationbehavior of diblock copolymers with pH-responsive and thermoresponsive blocks in aqueous solutions Diplomová práce Školitel: prof. RNDr. Miroslav Štepánek. Ph.D. Praha 2022/2023 Abstrakt Rastúce množstvo dvoj-responzívnych blokových kopolymérov s dobre definovanými fyzickými vlastnosťami bolo syntetizovaných kontrolovanými radikálovými polymerizáciami v posledných dekádach. Tieto blokové kopolyméry (BCPs) môžu mať zaujímavú architektúru a komplexné fázové chovanie, ktoré vedie ku takzvanej "schizofrénnej" micelizácií. Predošlé výskumy naznačujú, že blokové kopolyméry skladajúce sa z polyelektrolytových blokov a termoresponzívnch blokov môžu vykazovať "schizofrénnu" micelizáciu: V selektívnom rozpúšťadle, v závislosti na pH a teplote, sa solvofilné (jadro formujúce) bloky týchto BCPs môžu stať slovofóbnymi (formujúcimi korónu). V tejtodiplomovej práci sme vykonali štúdiu dvoj-responzívnych dvojblokových kopolymérov poly(di-[etylén glykol] metyl éter metakrylát)-b-poly(2-[diizopropylamino] etyl metakrylát) (PDEGMA-b-PDIPAEMA), v ktorom sa PDEGMA správa...
|
|
|
Studium samoskladby a stupně ionizace blokových kopolymerů pomocí transmisní elektronové mikroskopie a molekulových simulací
Illés, Peter ; Nová, Lucie (vedoucí práce) ; Štěpánek, Miroslav (oponent)
Responzivní systémy blokových kopolymerů, kterých bloky mají různou afinitu ke zkoumanému rozpouštědlu mohou vytvářet struktury jako micely nebo vezikuly. Tyhle struktury jsou senzitivní ke změnám vnějších podmínek jakými jsou pH a teplota. Tyto změny často vedou k formaci nebo rozkladu micel. Pokud je jedním z bloků slabý polyelektrolyt, stupeň ionizace závisí nejenom na vnějších podmínkách, ale taktéž na konformaci řetězců. Táto práce zahrnuje studium velikosti a stupně ionizace micelárních struktur a linearních řetězců kopolymeru obsahujícího termosenzitivní a pH responzivní bloky pomocí vysokorozlišovací transmisní elektronové mikroskopie a hamiltonianských Monte Carlo simulací. 1
|
|
|
Příprava a testování lehčených kompozitních materiálů
Peroutka, Jakub ; Bartlová, Milada (oponent) ; Žídek, Jan (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývala provedením simulací kompozitních origami auxetických materiálů, které vykazovaly self-assembly efekt (SE). Ke tvorbě struktur byl využit freeware INKSCAPE. Simulace byly provedeny pomocí metody konečných prvků v programu MATLAB s pluginem GIBBON. Jako vyhodnocovací software byl použit program FEBIO Studio. Teoretická část je rozložena do čtyřech oblastí – auxetické materiály, polymerní materiály s tvarovou pamětí, auxetické materiály s funkcí samouspořádání a teplotní roztažnost auxetických materiálů. U každé části jsou stručně shrnuty základní informace a poznatky z této kategorie. U každé oblasti teoretické části byly provedeny literární rešerše z nejnovějších poznatků k danému tématu. Experimentální část sestávala ze simulací připravených struktur a jejich následného vyhodnocení. Simulace probíhali pomocí programu MATLAB. Celkem byly provedeny simulace u dvou typů auxetických struktur, které se lišily velikostí vnějšího úhlu (121,99 °a 131,78 °) a dále byla provedena simulace u struktury krychle o rozměrech 20×20 mm. Připravené auxetické struktury byly složeny ze dvou neo-Hookovských materiálů a byly dále rozděleny na homogenní, dvouvrstvé a vícevrstvé. U dvouvrstvých a vícevrstvých struktur byla provedena simulace teplotní roztažnosti, a s pomocí hodnot, získaných z provedené simulace struktury krychle, byla vypočtena teplotní změna pro jednotlivé simulační stavy, které byly určeny náhodně. Dále byly, pro tyto struktury, sestrojeny histogramy napětí a byla určena nejčastější hodnota napětí pro daný simulační stav. V poslední řadě byla určena teplotní roztažnost simulovaných materiálů, která byla vypočtena ze zjištěných dat při simulaci struktury, která odpovídala tvaru rychle o výše zmíněných rozměrech.
|
|
|
Self-Assembled Polymer Systems Based on Poly[(N-2,2-difluoroethyl)acrylamide] as Diagnostic and Theranostic Tracers for 19F Magnetic Resonance Imaging
Kolouchová, Kristýna ; Hrubý, Martin (vedoucí práce) ; Matějíček, Pavel (oponent) ; Poučková, Pavla (oponent)
V rámci této disertační práce jsme připravili a charakterizovali celou řadu polymerů citlivých na vnější podněty, které mají potenciální využití jako látky pro neinvazivní zobrazování v medicíně a zároveň jako chytré systémy na cílené doručování léčiv (tzv. theranostika). Všechny systémy popsané v této disertační práci jsou na bázi termoresponzivních kopolymerů (N-2,2-difluorethyl)akrylamidu, které vykazují tzv. dolní kritickou rozpouštěcí teplotu. Tyto polymery jsou rozpustné za nízké teploty a po jejím zvýšení jsou schopné vytvářet samouspořádané supramolekulární částice, což nám umožnuje připravit částice z roztoku polymeru pouze změnou teploty z laboratorní teploty na teplotu lidského těla. Díky vysoké koncentraci magneticky ekvivalentních atomů fluoru jsou všechny tyto polymery vhodné pro zobrazování pomocí fluorové magnetické resonance (19 F MRI). Připravili jsme řadu různých termoresponsivních, termo- a pH- responsivních, termo- a ROS-responsivních (reaktivní formy kyslíku) kopolymerů, které mají potenciální využití pro širokou škálu aplikací v medicíně. Tyto systémy jsme charakterizovali pomocí různých instrumentálních metod jako jsou 1 H a 19 F nukleární magnetická resonance (NMR), gelová permeační chromatografie (SEC), elementární analýza, dynamický a statický rozptyl světla (DLS, SLS),...
|
|
|
Self-assembled polymer systems responsive to external stimuli for biomedicine
Sincari, Vladimir ; Štěpánek, Petr (vedoucí práce) ; Matějíček, Pavel (oponent) ; Sedláková, Zdeňka (oponent)
První publikace v mé doktorské dizertační práci popisuje novou rychlou a ekologicky šetrnou polymerační reakci s reverzibilním adičně-fragmentačním přenosem řetězců (RAFT) monomeru N-(2-hydroxypropyl)methakrylamidu (HPMA) za mikrovlnného ozařování (MWI). Byly stanoveny optimální podmínky pro polymeraci, jako je reakční doba, rozpouštědlo, stechiometrie monomeru a činidla RAFT. Polymerizační kinetika prokázala lineární nárůst číselně střední molekulové hmotnosti (Mn) s konverzí monomeru. Dobrá shoda mezi teoretickými a experimentálními hodnotami Mn byla ověřena pomocí kinetických grafů pseudoprvního řádu. Bylo dosaženo nízkých disperzit (Đ ≤ 1,04). Dále jsme v této publikaci prokázali schopnost MWI usnadnit přípravu relevantních kopolymerů, jako jsou poly(HPMA- b-BocAPMA), poly(HPMA-b-MABH) a poly(HPMA-b-PDPA), které byly použit jako základ pro následující studie. Druhá a třetí studie se věnují dopravě terapeutických molekul pomocí pomocí samouspořádaných struktur, jmenovitě polymeromů (PS). Tyto dopravní systémy pro léčiva (DDS) potenciálně minimalizují předčasnou degradaci léčiva a rychlou clearance z krevního řečiště a snižují potřebnou frekvenci dávkování, což vede k nižším vedlejším účinkům. Hlavní výhodou DDS je řízený způsob uvolňování léčiva na konkrétním místě prostřednictvím aktivních nebo...
|
|
|
Metal-organické rozhraní pro efektivní přenos náboje
Mrhačová, Petra ; Průša, Stanislav (oponent) ; Procházka, Pavel (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá analýzou molekul kyseliny benzen-1,3,5-trikarboxylové (TMA) na stříbrném krystalu s (111) terminací povrchu. Po depozici molekul na povrch substrátu je vytvořena plně protonovaná vrstva (fáze ). Následné žíhání substrátu vyvolává deprotonaci molekul, která vede k vytváření dalších a fází. Jednotlivá uspořádání molekul byla zkoumána v podmínkách ultra vysokého vakua na nízkoenergiovém elektronovém mikroskopu (LEEM), rastrovacím tunelovacím mikroskopu (STM) a pomocí nízkoenergiové elektronové difrakce (LEED). V práci je diskutován aplikační potenciál těchto vrstev.
|
|
|
The study of the association behavior of the amphiphilic copolymers in solutions containing low molar compounds by means of computer simulations.
Šindelka, Karel ; Limpouchová, Zuzana (vedoucí práce) ; Slavíček, Petr (oponent) ; Vondrášek, Jiří (oponent)
Název: Studium asociačního chování amfifilních kopolymerů v roztocích obsa- hujících nízkomolekulární látky pomocí počítačových simulací Autor: Karel Šindelka Department: Přírodovědecká fakulta, Univerzita Karlova Supervisor: Doc. Ing. Zuzana Limpouchová, Csc. Abstrakt Dizertační práce se zabývá studiem elektrostatické asociace v polymerních roz- tocích obsahujících blokové polyelektrolytové (PE) kopolymery spolu se surfak- tanty, neutrálními homopolymery nebo jinými opačně nabitými polyelektrolyty. Bylo ukázáno, že tvorba asociátů závisí nejen na kooperativních elektrostatických interakcích mezi opačně nabitými PE řetězci, ale i na charakteru amfifilních in- terakcí polyelektrolytů a na kompatibilitě kopolymerních bloků. Polyelektrolyty s nekompatibilními bloky tvoří jasně definované struktury s hydrofobním jádrem a rozpustnou slupkou, zatímco v případě polyelektrolytů s kompatibilními bloky vznikají velké nejasně definované " crew-cut" agregáty. V nestechiometrických směsích PE kopolymerů s nekompatibilními bloky jsou agregované nanočástice menší než ve stechiometrických směsích a tyto nanočástice jsou navíc nabité. Nestabilita větších agregátů závisí na způsobu zavedení pře- bytku náboje: největší...
|
|
|
Studium principů samoskladby řízené vznikem donor-akceptorových komplexů
Warzecha, Tomáš ; Starý, Ivo (vedoucí práce) ; Betík, Robert (oponent)
Studium principů samoskladby řízené vznikem donor-akceptorových komplexů. Tato práce se zabývá syntézou 2-[(3-karboxyfenyl)ethynyl]benzoové kyseliny, která představuje zjednodušený model monodisperzních (p-fenylen)ethynylenových oligomerů funkcionalizovaných karboxylovými skupinami. Zmíněná dikarboxylová kyselina byla připravena pomocí Sonogashirova couplingu a poté byla převedena na serii diesterů reakcí s příslušnými alkoholy. Teoretická část obsahuje stručný úvod do problematiky nanovědy a donor- akceptorních (D-A) interakcí. Jsou zde také popsány dvě nejčastěji používané syntetické reakce - Sonogashirův couplink a Steglichova esterifikace. Experimentální činnost byla zaměřena na přípravu dimerní dikarboxylové kyseliny a její diestery s alkoholy obsahujícími elektronakceptorní skupiny. Připravené látky byly charakterizovány pomocí spektroskopických metod NMR, HS, IČ, UV/VIS, elementární složení bylo určeno pomocí HR HS a u krystalických produktů byly stanoveny body tání.
|
host ::
RSS.