|
| |
|
|
Thick-film sensors for heavy metals detection
Gajdoš, Libor ; Majzlíková, Petra (referee) ; Prášek, Jan (advisor)
This project describes the possibilities of heavy metals detections in solutions using differential pulse voltammetry with tree-electrode electrochemical thick-film sensors. In the theoretical part, the thick-film technology is described as well as thick-film pastes’ types and compositions, followed by introduction to electrochemistry and electro-analytical methods of measurement. This project also describes the three measured heavy metals – cadmium, lead and copper. In the practical part, heavy metals’ ions detection in solutions using carbon working electrode and determination of the detection limit and sensitivity are described and discussed. Finally the evaluation of obtained results and results comparison to hygienic limits are included.
|
|
|
Electrode system of thick-film electrochemical sensors optimization
Gablech, Imrich ; Adámek, Martin (referee) ; Prášek, Jan (advisor)
This thesis is about optimization of three-electrode electrochemical sensor for detection of substances in solutions fabricated using standard thick film technology. The theoretical part of this thesis describes the thick film technology, introduction to electrochemistry and electro analytical methods for the detection of substances in solutions. The surface optimization of reference and auxiliary electrode of a three-electrode system is solved in the practical part. In conclusions results of the evaluation and description of the ideal three-electrode system are discussed.
|
|
|
An investigation of novel electroceramic structures for new sensor applications
Nan, Bo ; Liedermann, Karel (referee) ; Milne, Steven (referee) ; Button, Timothy William (advisor)
Piezoelektrické keramické materiály jsou široce používány v mnoha aplikacích a průmyslových odvětvích, nicméně tradiční materiály obvykle obsahují olovo, které je toxické vůči životnímu prostředí. Většina zemí proto zavedla zákony a omezení, které postupně minimalizují spotřebu olova a podporují výzkum v oblasti bezolovnatých kompozic, které by nahradily olověné protějšky. Bezolovnatá piezoelektrická keramika se tak stala žhavým tématem v posledních letech. Nicméně výzkumy na praktické využití bezolovnatých piezoelektrických materiálů jsou jen zřídka publikovány. V této diplomové práci byl vybrán jeden z nadějných kandidátů na piezoelektrickou bezolovnatou keramiku (Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3 za účelem zkoumání metody snížení jeho vysoké teploty slinování pomocí dotování uhličitanem lithným, kde syntéza prášku byla připravená pomocí techniky sol-gel. Výsledky byly srovnány s konvenčním práškem syntetizovaným v pevné fázi. Vzorky vyrobené ze sol-gel prášku dopovaného 0.5% hmotn. uhličitanem lithným a slinované při 1300 °C po dobu 2 hodin vykazovaly d33 = 447 ± 9 pC N–1, teplotu Curie 98.7 °C a velikost zrn 7.0 ± 0.3 m. Další důležitou otázkou pro aplikace bezolovnatého piezoelektrického keramického materiálu je jeho výroba v různých konfiguracích. Použitím techniky odlévání pásky a aditivních výrobních postupů byla piezoelektrická keramika zpracována do tří různých konfigurací (2-2, 3-3 a 1-3), aby se překlenula mezera mezi materiálovými vědami a materiálovým inženýrstvím. Pro dolévání pásky byly použity suspenze na bázi oleje a vody. Pro přípravu neslinutých keramických fólií bez trhlin, byly pro odlévání na bázi oleje vyvinuty uhlíkové suspenze s obsahem pevných látek 25% hmotn. a BCZT suspenze s obsahem pevných látek 65% hmotn. Problém práškové hydrolýzy ve vodných suspenzích byl vyřešen povrchovou úpravou prášku Al(H2PO4)3, což umožnilo, aby byly tlusté vrstvy bez trhlin odlety v jednom kroku. Tlusté vrstvy slinované při 1500 °C vykazovaly relativní dielektrickou konstantu 1207, dielektrickou ztrátu 0.018 při 1 kHz, remanentní polarizaci 7.54 µC/cm2 a koercitivní síla intenzity pole (Ec) 0.23 kV/mm při 3 kV/mm. Pro tvarování BCZT v konfiguraci 3-3 a 1-3 byla použita přímá metoda tisknutí inkoustu. Pro správnou úpravu tiskového procesu byla použita inkoustová náplň s viskoelastickým chováním obsahující 41.6% obj. pevných látek BCZT a se zpracovatelskými přísadami (HPMC ~ 2.4% a PEI ~ 0.03%). Vzorky v konfiguraci 3-3, slinované při 1500 °C, vykazovaly nejvyšší dielektrické a piezoelektrické vlastnosti, kde Curieho teplota = 86 °C, tan = 0.021, remanentní polarizace = 4.56 µC/cm2 a d33 = 100 ± 4 pC/N. Vzorky v konfiguraci 1-3 slinované při 1500 °C, které byly smíchány s epoxidem, vykazovaly dielektrickou konstantu 144 a dielektrickou ztrátu 0.035 při 1 kHz. Tato práce popisuje tvarování bezolovnaté piezoelektrické keramiky s vynikajícími vlastnostmi v pokročilých strukturách jako krok k návrhu pro moderní senzorické a energy harvesting aplikace.
|
|
|
Preparation and optimization of piezoelectric materials based on BCZT for energy harvesting
Fojtík, Ondřej ; Holcman,, Vladimír (referee) ; Tofel, Pavel (advisor)
This thesis deals with fabrication and optimization of lead-free piezoceramics based on (Ba0,85Ca0,15Zr0,1Ti0,9)O3 (BCZT). The BCZT precursor powder was synthesized by sol-gel method. Dependence of relative density, microstructure, phase structure and piezoelectric properties on the sintering temperature in a range from 1300–1500 °C was studied on disc shaped samples, which were prepared by cold isostatic pressing (CIP) using pressure of 700 MPa. It was found, that sintering at 1300 and 1350 °C leads to ceramics with fine-grain microstructure, which exhibits poor piezoelectric properties (d*33 = 50 pC·N1 and 65 pC·N1, respectively). The highest value of piezoelectric charge coefficient was obtained by sintering at 1500 °C (d*33 = 390 pC·N1). Furthermore, BCZT thick films were prepared by tape casting. The composition of the ceramic slurry was optimized and various sintering techniques were tested to obtain completely flat films of BCZT ceramics. The correct sintering configuration has not been found. The least deformation of the films was achieved when the samples were sintered hung on the ZrO2 rod. The highest value of d*33 for BCZT films was measured when the sample was sintered at 1400 °C with the dwell time for 4 h (d*33 = 340 pC·N1).
|
|
|
Electrochemical detection of purine bases using thick film Cu2O electrodes
Gabriel, Petr ; Prášek, Jan (referee) ; Pekárková, Jana (advisor)
This work deals with the production process thick films electrodes. It is focused on the Cu2O working electrodes preparation by screen printing and spray coating - methods on the corundum substrate. In this work are described both methods of fabrication and basic electrochemical methods. Prepared Cu2O electrodes were used for electrochemical detection of purine bases (adenine, guanine) using cyclic voltammetry. The effect of pH on the detection of purines was also examines.
|
|
|
An investigation of novel electroceramic structures for new sensor applications
Nan, Bo ; Liedermann, Karel (referee) ; Milne, Steven (referee) ; Button, Timothy William (advisor)
Piezoelektrické keramické materiály jsou široce používány v mnoha aplikacích a průmyslových odvětvích, nicméně tradiční materiály obvykle obsahují olovo, které je toxické vůči životnímu prostředí. Většina zemí proto zavedla zákony a omezení, které postupně minimalizují spotřebu olova a podporují výzkum v oblasti bezolovnatých kompozic, které by nahradily olověné protějšky. Bezolovnatá piezoelektrická keramika se tak stala žhavým tématem v posledních letech. Nicméně výzkumy na praktické využití bezolovnatých piezoelektrických materiálů jsou jen zřídka publikovány. V této diplomové práci byl vybrán jeden z nadějných kandidátů na piezoelektrickou bezolovnatou keramiku (Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3 za účelem zkoumání metody snížení jeho vysoké teploty slinování pomocí dotování uhličitanem lithným, kde syntéza prášku byla připravená pomocí techniky sol-gel. Výsledky byly srovnány s konvenčním práškem syntetizovaným v pevné fázi. Vzorky vyrobené ze sol-gel prášku dopovaného 0.5% hmotn. uhličitanem lithným a slinované při 1300 °C po dobu 2 hodin vykazovaly d33 = 447 ± 9 pC N–1, teplotu Curie 98.7 °C a velikost zrn 7.0 ± 0.3 m. Další důležitou otázkou pro aplikace bezolovnatého piezoelektrického keramického materiálu je jeho výroba v různých konfiguracích. Použitím techniky odlévání pásky a aditivních výrobních postupů byla piezoelektrická keramika zpracována do tří různých konfigurací (2-2, 3-3 a 1-3), aby se překlenula mezera mezi materiálovými vědami a materiálovým inženýrstvím. Pro dolévání pásky byly použity suspenze na bázi oleje a vody. Pro přípravu neslinutých keramických fólií bez trhlin, byly pro odlévání na bázi oleje vyvinuty uhlíkové suspenze s obsahem pevných látek 25% hmotn. a BCZT suspenze s obsahem pevných látek 65% hmotn. Problém práškové hydrolýzy ve vodných suspenzích byl vyřešen povrchovou úpravou prášku Al(H2PO4)3, což umožnilo, aby byly tlusté vrstvy bez trhlin odlety v jednom kroku. Tlusté vrstvy slinované při 1500 °C vykazovaly relativní dielektrickou konstantu 1207, dielektrickou ztrátu 0.018 při 1 kHz, remanentní polarizaci 7.54 µC/cm2 a koercitivní síla intenzity pole (Ec) 0.23 kV/mm při 3 kV/mm. Pro tvarování BCZT v konfiguraci 3-3 a 1-3 byla použita přímá metoda tisknutí inkoustu. Pro správnou úpravu tiskového procesu byla použita inkoustová náplň s viskoelastickým chováním obsahující 41.6% obj. pevných látek BCZT a se zpracovatelskými přísadami (HPMC ~ 2.4% a PEI ~ 0.03%). Vzorky v konfiguraci 3-3, slinované při 1500 °C, vykazovaly nejvyšší dielektrické a piezoelektrické vlastnosti, kde Curieho teplota = 86 °C, tan = 0.021, remanentní polarizace = 4.56 µC/cm2 a d33 = 100 ± 4 pC/N. Vzorky v konfiguraci 1-3 slinované při 1500 °C, které byly smíchány s epoxidem, vykazovaly dielektrickou konstantu 144 a dielektrickou ztrátu 0.035 při 1 kHz. Tato práce popisuje tvarování bezolovnaté piezoelektrické keramiky s vynikajícími vlastnostmi v pokročilých strukturách jako krok k návrhu pro moderní senzorické a energy harvesting aplikace.
|
|
|
Preparation and optimization of piezoelectric materials based on BCZT for energy harvesting
Fojtík, Ondřej ; Holcman,, Vladimír (referee) ; Tofel, Pavel (advisor)
This thesis deals with fabrication and optimization of lead-free piezoceramics based on (Ba0,85Ca0,15Zr0,1Ti0,9)O3 (BCZT). The BCZT precursor powder was synthesized by sol-gel method. Dependence of relative density, microstructure, phase structure and piezoelectric properties on the sintering temperature in a range from 1300–1500 °C was studied on disc shaped samples, which were prepared by cold isostatic pressing (CIP) using pressure of 700 MPa. It was found, that sintering at 1300 and 1350 °C leads to ceramics with fine-grain microstructure, which exhibits poor piezoelectric properties (d*33 = 50 pC·N1 and 65 pC·N1, respectively). The highest value of piezoelectric charge coefficient was obtained by sintering at 1500 °C (d*33 = 390 pC·N1). Furthermore, BCZT thick films were prepared by tape casting. The composition of the ceramic slurry was optimized and various sintering techniques were tested to obtain completely flat films of BCZT ceramics. The correct sintering configuration has not been found. The least deformation of the films was achieved when the samples were sintered hung on the ZrO2 rod. The highest value of d*33 for BCZT films was measured when the sample was sintered at 1400 °C with the dwell time for 4 h (d*33 = 340 pC·N1).
|
|
|
Thick-film sensors for heavy metals detection
Gajdoš, Libor ; Majzlíková, Petra (referee) ; Prášek, Jan (advisor)
This project describes the possibilities of heavy metals detections in solutions using differential pulse voltammetry with tree-electrode electrochemical thick-film sensors. In the theoretical part, the thick-film technology is described as well as thick-film pastes’ types and compositions, followed by introduction to electrochemistry and electro-analytical methods of measurement. This project also describes the three measured heavy metals – cadmium, lead and copper. In the practical part, heavy metals’ ions detection in solutions using carbon working electrode and determination of the detection limit and sensitivity are described and discussed. Finally the evaluation of obtained results and results comparison to hygienic limits are included.
|
|
|
Electrode system of thick-film electrochemical sensors optimization
Gablech, Imrich ; Adámek, Martin (referee) ; Prášek, Jan (advisor)
This thesis is about optimization of three-electrode electrochemical sensor for detection of substances in solutions fabricated using standard thick film technology. The theoretical part of this thesis describes the thick film technology, introduction to electrochemistry and electro analytical methods for the detection of substances in solutions. The surface optimization of reference and auxiliary electrode of a three-electrode system is solved in the practical part. In conclusions results of the evaluation and description of the ideal three-electrode system are discussed.
|
guest ::
