Ing. Jiří Červenka, Ph.D.
Vítejte na stránkách výzkumné skupiny Materiálů a systémů v nanoměřítku! Naše skupina se zabývá přípravou nových nanomateriálů, charakterizací jejich fyzikálních vlastností a výzkumem a vývojem nových účinných součástek a systémů pro ukládání energie, elektroniku, robotiku a medicínu. Základní vizí našeho výzkumu jsou nové nanomateriály, hledání jedinečných fyzikálních vlastností pro nové aplikace a získávání odpovědí na důležité vědecké otázky a výzvy v oblasti interdisciplinární fyziky. V současné době jsou v naší skupině řešeny následující tři oblasti výzkumu a vývoje:
1. Nanomateriály
Příprava nových nanomateriálů s jedinečnými fyzikálními vlastnostmi skýtá velké množství možností pro budoucí pokrok ve vědě a technice. Naše skupina se aktivně podílí na růstu a syntéze těchto nanomateriálů:
- 2D materiály (grafen) a jejich 3D struktury (grafenové aerogely),
- křemíkové nanodráty a nanokrystaly,
- atomárně tenké vrstvy oxidů kovů.
K výrobě těchto nanomateriálů používáme řadu metod, které zahrnují depozici z plynné fáze (CVD), depozici z plynné fáze iniciovanou plazmou (PECVD), depozici atomárních vrstev (ALD), napařování a odprašování ve vakuu, hydrotermální syntézu a vysokoteplotní zahřívání v peci (až do 3000 °C). Důležitou částí našeho výzkumu je také důkladná charakterizace připravených nanomateriálů pomocí elektronové mikroskopie (SEM), mikroskopie atomárních sil (AFM), Ramanovy spektroskopie, rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS), rentgenové difrakce (XRD), transmisní elektronové mikroskopie (TEM) a pomocí různých metod charakterizující transport náboje v materiálech.
2. Ukládání energie
V této oblasti je náš výzkum zaměřen na objasnění základních elektrochemických a fyzikálních procesů pro ukládání energie. V našich laboratořích vyvíjíme a studujeme nové typy nabíjecích baterií a superkondenzátorů. Zaměřujeme se na studium nových mechanismů a technologií akumulace energie, vývojem nových elektrolytů (např. typu voda v soli, gelových a pevných elektrolytů) a pokročilých elektrodových materiálů (např. 2D materiály a nanokřemík). Cílem našeho výzkumu je dosáhnout ukládání energie s co nejvyšší možnou hustotou energie a vyvinou takové baterie a superkondenzátory, které budou schopny napájet budoucí zelenou ekonomiku (tj. s co nejmenším dopadem na životní prostředí).
Primárně se zabýváme výzkumem těchto typů baterií a superkondenzátorů:
- duálních iontové baterie,
- vodné baterie a superkondenzátory,
- baterie založené na vícevaletních kovových iontech.
3. Elektronické senzory
Malé, rychlé, citlivé a selektivní elektronické senzory schopné detekce různých externích stimulů (např. síly, tlaku, nebo stopového množství chemických a biologických látek ) májí obrovský potenciál pro využití v medicíně, elektronice a robotice.
V této oblasti se vědecké aktivity naší skupiny zaměřují na výzkum a vývoj nových elektronických senzorů na bázi pružných grafenových aerogelů a grafenových transistorů (FET). Náš výzkum zahrnuje studium různých mechanismů a fyzikálních principů pro převedení hmatové informace na elektrické signály nebo zjištění množství různých chemických látek v daném prostředí.
Kromě vývoje nových dotykových a chemických senzorů se také věnujeme základnímu výzkumu fyziky odehrávající se na rozhraní mezi nanomateriály a molekulami nebo ionty za pomocí pokročilých experimentálních a teoretických metod. Jedna z důležitých otázek, na které se snažíme najít odpověď, je význam různých typů interakcí pro zajištění ultracitlivého a selektivního měření externích stimulů (např. hmatového vnímání nebo detekce chemických látek).