Mgr. Ondřej Jašek, Ph.D.
vedoucí laboratoře
studium mikrovlnného plazmatu, uhlíkových nanostuktur a nanomateriálů
Ústav fyziky a technologií plazmatu
Laboratoř mikrovlnného a vysokofrekvenčního plazmatu
Laboratoř mikrovlnného a vysokofrekvenčního plazmatu najdete v podzemním podlaží budovy č.2 areálu PřF MU Kotlářská 2. Mikrovlnné plazma je univerzální platformou pro studium nestabilit plazmatu a syntézu pokročilých materiálů. V laboratoři je také umístěna aparatura pro přípravu tenkých vrstev pomocí vysokofrekvenčních výbojů.
Mikrovlnné a vysokofrekvenční plazma je jednoduché, vysoce účinné a univerzální. S jeho pomocí lze vytvářet nanomateriály na bázi kovů a uhlíku rozkladem organických prekurzorů v závislosti na teplotě a tlaku. Nanočástice kovů nebo železa pak mohou sloužit jako katalyzátor pro vytváření nanotrubek. V naší laboratoři používáme vysokoteplotní mikrovlnné plazma pro rozklad uhlovodíků i generaci vodíku pro moderní energetiku, nízkoteplotní plazma vysokofrekvenčních výbojů zase pro depozice široké škály funkčních vrstev na různé druhy povrchů.
Načítám mapu…
prof. Mgr. Vít Kudrle, Ph.D.
studium mikrovlnného plazmatu a jeho samoorganizace
doc. RNDr. Vilma Buršíková, Ph.D.
depozice tenkých vrstev (PECVD, PVD), charakterizace mechanických vlastnosti tenkých ochranných povlaků
Mgr. Roman Přibyl
vývoj technologií pro přípravu tenkých vrstev pomocí PECVD a analýza tenkých vrstev
Diagnostika mikrovlnného plazmatu
Mikrovlnné plazma je možno budit v širokém rozmezí podmínek jako je tlak, dodávaný výkon nebo plynné prostředí. V závislosti na těchto parametrech je pak plazma difúzní, filamentární nebo v podobě striací. Princip buzení filamentů, jejich stabilita, vzájemné postavení a chování jednotlivých filamentů ve směsi argonu a reaktivních plynů jsou jednou z neobjasněných otázek současné fyziky plazmatu, jejímuž výzkumu se věnujeme. Dále zkoumáme vliv teploty plazmatu a koncentrace elektronů v plazmatu na proces syntézy nanomateriálů v přítomnosti organických prekurzorů a příměsí reaktivních plynů.
Studenti
- Jan Kodýtek – Diagnostika mikrovlnné plazmové trysky
- Tereza Vaněčková – Možnosti plazmové konverze CO2 a H2O na CH4 v mimozemských podmínkách
Úspěšně obhájené závěrečné práce
- 2022 disertační práce – Miroslav Šnírer – Diagnostics and applications of atmospheric pressure microwave plasma
- 2022 disertační práce – Jan Faltýnek – Microwave diagnostics of plasma and materials
- 2019 bakalářská práce – Kryštof Mrózek – Diagnostika klouzavého výboje
- 2019 bakalářká práce – Petra Vargová – Studium pulsně buzeného mikrovlnného plazmatu
- 2018 bakalářská práce – Martin Duchaň – Optická a mikrovlnná diagnostika výboje s povrchovou vlnou
- 2018 diplomová práce – Jan Gregor – Studium procesů v klouzavém výboji
- 2017 disertační práce – Lucia Kuthanová – Internally and externally induced non-stationary phenomena in filamentary plasma discharges
- 2016 bakalářská práce – Jan Gregor – Optická diagnostika klouzavého výboje
- 2014 diplomová práce – Jan Faltýnek – Mikrovlnná diagnostika plazmatu
- 2013 disertační práce – Jaroslav Hnilica – Time resolved diagnostics of microwave pulsed plasma
- 2012 diplomová práce – Lucia Kuthanová – Studium plazmového zdroje buzeného povrchovou vlnou
Publikace
- Electron concentration in the non-luminous part of the atmospheric pressure filamentary discharge
J. Faltýnek, V. Kudrle, M. Šnírer, J. Toman and O. Jašek
DOI: 10.1088/1361-6595/abcb6b, 2021 Plasma Sources Sci. Technol. 30 015001 - Stable filamentary structures in atmospheric pressure microwave plasma torch
M. Šnírer, J.Toman, V. Kudrle and O. Jašek
DOI: 10.1088/1361-6595/ac1ee0, 2021, Plasma Sources Sci. Technol. 30 095009 - Structure of microwave plasma-torch discharge during graphene synthesis from ethanol
M. Šnírer, V. Kudrle, J. Toman, O.j Jašek and J. Jurmanová
DOI: 10.1088/1361-6595/abfbea, 2021, Plasma Sources Sci. Technol. 30 065020 - Computational study of plasma-induced flow instabilities in power modulated atmospheric-pressure microwave plasma jet
M. Kubečka, M. Šnírer, A. Obrusník, V. Kudrle and Z. Bonaventura
DOI: 10.1088/1361-6595/ab9b19, 2020, Plasma Sources Sci. Technol. 29 075001 - Numerical enhancements of the microwave resonant cavity method for plasma diagnostics
J. Faltýnek, V. Kudrle, J. Tesař, M. Volfová and A. Tálský
DOI: 10.1088/1361-6595/ab4300, 2019, Plasma Sources Sci. Technol. 28 105007
Uhlíkové nanostruktury
Uhlíkové nanostruktury jako materiál jsou velmi lehké, odolné, mají obrovskou plochu povrchu a dobrou elektrickou i tepelnou vodivost. Grafén je nejmodernější uhlíkový dvourozměrný nanomateriál tvořený jen jedinou rovinou uhlíkových atomů uspořádaných do šestiúhelníkové grafitové sítě. Uhlíkové nanostruktury lze připravit ve formě fullerenů, nanokrystalických částic, nanovláken i nanotrubek. Nanotrubky jsou také tvořeny z jedné atomové vrstvy atomů uhlíku ale tak, že celá struktura má formu jednoho nebo více vzájemně do sebe zapuštěných válců.
Uhlíkové nanomateriály se používají jako vysoce pevné a houževnaté kompozity, z kterých jsou vyráběny tenisové rakety, snowboardy, automobily, letadla i rakety létající do vesmíru. Spojení výborných mechanických vlastností, chemické odolnosti a velkého povrchu umožňují použití těchto materiálů jako membrány pro absorpci nebezpečných látek, separaci chemikálií nebo čištění vody. Obrovský potenciál těchto struktur je také ve výrobě energie a masivní produkci nových baterií a superkondenzátorů. Námi připravené uhlíkové nanomateriály byly použity jako senzory nebezpečných plynů nebo jako kompozitní materiály pro elektromagnetickou absorpci. Mají vynikající elektrickou vodivost a značnou odolnost vůči oxidaci za vysokých teplot.
Vysokoteplotní mikrovlnné plazma je také ideálním nástrojem pro rozklad organických sloučenin a generaci syntetického plynu a vodíku pro moderní energetiku.
Úspěšně obhájené závěrečné práce
- 2023 diplomová práce – David Nejezchleba – Kontrola struktury a chemického složení grafénu jako cesta k zlepšení jeho funkčních vlastností
- 2022 disertační práce – Jozef Toman – Microwave plasma synthesis and surface modification of nanostructured materials
- 2019 diplomová práce – Daniel Burda – Studium růstu grafénových vrstvem metodou chemické depozice z plynné fáze
- 2018 diplomová práce – David Němček – Plazmochemická syntéza a funkční vlastnosti nanostrukturovaných materiálů
- 2016 bakalářská práce – Daniel Burda – Růst grafénu pomocí chemické depozice z plynné fáze za atmosférického tlaku
- 2016 bakalářská práce – David Němček – Růst uhlíkových nanotrubek za přítomnosti vodních par
- 2016 diplomová práce – Jozef Toman – Studium syntézy dvourozměrných uhlíkových nanostruktur v mikrovlnném plazmatu
- 2014 bakalářská práce – Jozef Toman – Objemová syntéza grafénu v mikrovlnném pochodňovém výboji
- 2014 diplomová práce – Petr Jelínek – Příprava a vlastnosti grafénu
- 2012 bakalářská práce – Petr Jelínek – Metody přípravy grafénu
Publikace
- On the gas-phase graphene nanosheet synthesis in atmospheric microwave plasma torch: Upscaling potential and graphene nanosheet‑copper nanocomposite oxidation resistance
J. Toman, M. Šnírer, R. Rincón, O. Jašek, D. Všianský, A.M. Raya, F.J. Morales-Calero, J. Muño and M.D. Calzada
DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2022.107534, Fuel Processing Technology, Volume 239, January 2023, 107534 - Controlled high temperature stability of microwave plasma synthesized graphene nanosheets
O. Jašek, J. Toman, D. Všianský, J. Jurmanová, M. Šnírer, D. Hemzal, A. G. Bannov, J. Hajzler, P. Sťahel and V. Kudrle
DOI: 10.1088/1361-6463/abdb6d, 2021 J. Phys. D: Appl. Phys. 54 165201 - Microwave plasma-based high temperature dehydrogenation of hydrocarbons and alcohols as a single route to highly efficient gas phase synthesis of freestanding graphene
O. Jašek, J. Toman, M. Šnírer, J. Jurmanová, V. Kudrle, J. Michalička, D. Všianský and D. Pavliňák
DOI: 10.1088/1361-6528/ac24c3, 2021 Nanotechnology 32 505608 - On the transition of reaction pathway during microwave plasma gas-phase synthesis of graphene nanosheets: From amorphous to highly crystalline structure
J. Toman, O. Jašek, M. Šnírer, D. Pavliňák, Z. Navrátil, J. Jurmanová, St. Chudják, F. Krčma, V. Kudrle and J. Michalička
DOI: https://doi.org/10.1002/ppap.202100008, 2021, Plasma Processes and Polymers,Volume 18, Issue 8 - Study of graphene layer growth on dielectric substrate in microwave plasma torch at atmospheric pressure
O. Jašek, J. Toman, J. Jurmanová, M. Šnírer, V. Kudrle, V. Buršíková
DOI: https://doi.org/10.1016/j.diamond.2020.107798, 2020, Diamond and Related Materials, Volume 105, 107798 - On the interplay between plasma discharge instability and formation of free-standing graphene nanosheets in a dual-channel microwave plasma torch at atmospheric pressure
J. Toman, O. Jašek, M. Šnírer, V. Kudrle and J. Jurmanová
DOI: 10.1088/1361-6463/ab0f69, 2019, J. Phys. D: Appl. Phys. 52 265205
Nanočástice
Nanočástice mají velmi malé rozměry. Lze je vytvořit mnoha způsoby a v různých podobách. Syntéza nanočástic v mikrovlnném plazmatu používá rozklad organických prekurzorů za vysoké teploty a následné vytvoření nanočástic z požadovanými fyzikálními a chemickými vlastnostmi. V naší laboratoři se se v minulých letech zabývali například přípravou magnetických nanočástic s přesnou fázovou strukturou, které byly dále testovány v oblastech jako magnetická rezonance a buněčné terapie, ferokapaliny nebo fotoelektrochemický rozklad vody.
Úspěšně obhájené závěrečné práce
- 2016 bakalářská práce – Branislav Hesko – Plazmochemická příprava magnetických nanočástic
- 2013 bakalářská práce – Miroslav Šnírer – Spektroskopie procesu plazmové syntézy nanomateriálů
- 2013 diplomová práce – Peter Zelina – Magnetické nanočástice: příprava a aplikace
- 2012 bakalářská práce – David Vašíček – Příprava nanočástic na bázi železa s významnými magnetickými vlastnostmi
- 2010 bakalářská práce – Peter Zelina – Syntéza nanočástic v nízkotlakém plazmatu
- 2010 bakalářská práce – Hana Jirků – Syntéza nanočástic v pochodňovém výboji
Publikace
- The Effect of Uncoated SPIONs on hiPSC-Differentiated Endothelial Cells
B. Šalingová, P. Šimara, P. Matula, L. Zajíčková, P. Synek, O. Jašek, L. Veverková, M. Sedláčková, Z. Nichtová and I. Koutná
DOI: 10.3390/ijms20143536, Int. J. Mol. Sci. 2019, 20(14), 3536
Vysokofrekvenční výboje
V laboratoři se nachází dvě zařízení na depozici tenkých vrstev. Prvním je reaktor GEC (Gaseous Electronic Cell) a reaktor pro velkoplošné nanášení tenkých vrstev. Oba typy reaktorů mohou být použity pro depozice tenkých vrstev a diagnostiku plazmatu.
Velkokapacitní reaktor označovaný jako R4 slouží pro velkoplošné nanášení tenkých vrstev pomocí PECVD metody. Reaktor R4 jsme vyvinuli jako funkční vzorek v rámci výzkumu podporovaném projektem TAČR NCK TN01000038/17, Národní centrum kompetence pro materiály, pokročilé technologie, povlakování a jejich aplikace. Uvnitř reaktoru se nachází buzená a zemněná elektroda. Mezní tlak aparatury je 10-4 Pa. Použitelné jsou zdroje DC i RF 13,56 MHz a 27,12 MHz. Výkon dodávaný do plazmatu je 0 - 600 W.
Plazmochemická depozice z plynné fáze (PECVD) je hojně používanou technikou pro depozici tenkých vrstev. Tato metoda využívá energii z plazmatu pro štěpení vazeb tzv. prekurzoru a nosného plynu. Tyto dvě látky spolu následně reagují v objemu reaktoru a na stěnách/elektrodách reaktoru, kde se vytváří tenká vrstva. Tenké vrstvy se využívají pro zlepšení povrchových vlastností objemových materiálů. Lze například ovlivnit povrchovou energii (smáčivost), elektrické, optické a termální vlastnosti při zachování objemových vlastností podeponovaného objektu. Na tomto zařízení deponujeme například diamantu podobné vrstvy (DLC).