Seznam anotací:
- Kompaktní senzor s povrchovými plazmony pro detekci chemických a biologických látek (Ústav fotoniky a elektroniky)
- Optický integrátor - optická obdoba elektrického kondenzátoru (Ústav fotoniky a elektroniky)
- Širokopásmové ramanovské vláknové zesilovače s časově multiplexovaným čerpáním (Ústav fotoniky a elektroniky)
- Uchovávání vodíku ve vybraných slitinách na bázi Mg-Ni (Ústav fyziky materiálů)
- Vliv typu a množství nekovových krátkých vláken na odolnost proti vysokoteplotnímu tečení u kompozitů na bázi hořčíkové slitiny (Ústav fyziky materiálů)
- Simulace a měření toků plazmatu do štěrbin divertorových desek v tokamacích (Ústav fyziky plazmatu)
- Možnosti zesílení spontánní emise na vlnových délkách <15 nm v impulsních systémech (Ústav fyziky plazmatu)
- Nový způsob laserového urychlování makročástic (Ústav fyziky plazmatu)
- Progresivní žárové nástřiky (Ústav fyziky plazmatu)
- Hydroekologický a biohydrologický výzkum v pramenných oblastech České republiky (Ústav pro hydrodynamiku)
- Vliv organických látek produkovaných fytoplanktonem na úpravu vody (Ústav pro hydrodynamiku)
- Optická vazba mezi mikročásticemi a jejich samouspořádávání (Ústav přístrojové techniky)
- Zdokonalené programové vybavení pro elektronovou a iontovou optiku (Ústav přístrojové techniky)
- Laserový nanokomparátor pro kalibraci délkových snímačů (Ústav přístrojové techniky)
- Termodynamické vlastnosti pracovních médií pro absorpční chladicí oběhy (Ústav termomechaniky)
- Pozorování a analýza rozhraňových mikrostruktur v monokrystalech slitin s tvarovou pamětí (Ústav termomechaniky)
- Statické a dynamické charakteristiky aktuátorů založených na principu termoelasticity (Ústav termomechaniky)
- Aplikace mezomechanického přístupu k jevům tvarové paměti (Ústav teoretické a aplikované mechaniky)
- Měření pohybu materiálové struktury v mikrometrickém měřítku pomocí μ-radiografické techniky (Ústav teoretické a aplikované mechaniky)
- Zavěšený most zatížený pohyblivým zatížením a pohybem podpor při zemětřesení (Ústav teoretické a aplikované mechaniky)
2.1 Kompaktní senzor s povrchovými plazmony pro detekci chemických a biologických látek
- Ústav fotoniky a elektroniky
V posledních dvou desetiletích se na celém světě věnuje velká pozornost výzkumu a vývoji optických biosenzorů a biočipů. Bezznačkové biosenzory umožňují přímé sledování molekulárních interakcí v reálném čase a rychlou a citlivou detekci molekulárních látek bez použití fluorescenčních či radioaktivních značek. Biosenzory založené na rezonanci povrchových plazmonů (surface plasmon resonance - SPR) představují jednu z nejrozvinutějších bezznačkových senzorických technologií s potenciálním využitím v oblastech jako jsou genomika, proteomika, lékařská diagnostika, monitorování životního prostředí, analýza potravin a bezpečnost. Současné SPR senzory jsou však nákladné a složité přístroje. V Ústavu fotoniky a elektroniky vyvinuli pracovníci novou metodu spektroskopie povrchových plazmonů, která umožňuje konstrukci velmi citlivých a přitom jednoduchých a mobilních SPR biosenzorů. Tato metoda je založena na současné excitaci povrchových plazmonů na speciální zlatem pokryté difrakční mřížce pomocí druhého řádu difrakce a detekci SPR optického signálu v prvním difrakčním řádu. Senzor se skládá z miniaturní mikrofluidické kazety obsahující speciální difrakční mřížku a kompaktního optického systému, který "čte" data z šesti nezávislých měřících kanálů v kazetě. Experimenty prokázaly, že tento nový senzor je schopen měřit změny indexu lomu 3×10?7 a detekovat nukleové kyseliny v koncentracích nižších než 200 pM. Na využití této nové senzorické technologie uzavřel ÚFE licenční smlouvu s Phenogenomics Corporation (USA).
Homola, J.: Surface plasmon resonance sensors for detection of chemical and biological species, Chemical Reviews. Sv. 108, (2008), s. 462-493.
Homola, J. - Telezhnikova, O. - Dostálek, J.: Způsob spektroskopie povrchových plazmonů pro senzory s povrchovými plazmony a senzorový element k provádění tohoto způsobu, Patent ČR # 299489, 2008.
Piliarik, M. - Vala, M. - Tichý, I. - Homola, J.: Compact and low-cost biosensor based on novel approach to spectroscopy of surface plasmons, Biosensors & Bioelectronics, v tisku: PMID: 19109004.
Laboratorní prototyp šestikanálového mobilního senzoru s povrchovými plazmony a detail mikrofluidické kazety s difrakční mřížkou (vpravo dole)
Kontaktní osoba: Jiří Homola, 266773448, homola@ufe.cz
2.2 Optický integrátor - optická obdoba elektrického kondenzátoru
- Ústav fotoniky a elektroniky
Optické obvody umožní zpracování informací rychlostmi nedosažitelnými pomocí elektronických součástek. To je obzvláště důležité pro aplikace jako super-rychlé počítání, telekomunikce s ultravysokou kapacitou přenosu a analýza rychlých signálů. Optický "obvod" může být podobný elektronickému - složený ze součástek jako jsou (optické) cívky, kondenzátory, paměti, atd. Tyto součástky zpravidla nemohou být založeny na stejných principech jako jejich elektronické protějšky, mj. i proto, že fotony - narozdíl od elektronů - nelze účinně "zastavit". Například elektronický kondenzátor nahromadí ("zastaví") elektrony přivedené na jeho vstup, což z matematického hlediska představuje integraci signálu přivedeného na jeho vstup.
Ve spolupráci s kolegy z EMT-INRS z Quebecké University v Montrealu a COPL z Lavalovy Univerzity v Quebecu se nám podařilo experimentálně realizovat první optický časový integrátor, jenž je v podstatě obdobou kondenzátoru v elektronice. Součástka je realizována s pomocí speciální difrakční mřížky v optickém vlákně dopovaném erbiem a yterbiem. Kromě ověření základní funkce integrátoru jsme ukázali, že se dá použít - obdobně jako kondenzátor v elektronice - při konstrukci jednoduchého optického obvodu pro analogové řešení parciálních diferenciálních rovnic s konstantními koeficienty. Rychlost řešení je podstatně větší než v případě elektronických obvodů.
Slavík, R. - Park, Y. - Ayotte, N. - Doucet, S. - Ahn, T.-J.- Larochelle, S. - Aza?a, J.: Photonic temporal integrator for all-optical computing. Optics Express. Sv. 16, č. 22 (2008) s. 18202-18214.
Slavík, R. - Park, Y. - Ayotte, N. - Doucet, S. - Ahn, T.-J.- Larochelle, S. - Aza?a, J.: Photonic temporal integrator. Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO/QELS'08), San Jose, CA, U.S.A., paper CPDB3. May 2008 (postdeadline).
Optický integrátor
Optický integrátor jako optická analogie kondenzátoru v elektronice
Kontaktní osoba: Radan Slavík, 266773515, slavik@ufe.cz
2.3 Širokopásmové ramanovské vláknové zesilovače s časově multiplexovaným čerpáním
- Ústav fotoniky a elektroniky
Navrhli a realizovali jsme nový typ optického čerpacího zdroje pro rozprostřené širokopásmové zesilování vícenásobných signálů na principu stimulovaného Ramanova rozptylu. Na rozdíl od stávajících ramanovských vláknových zesilovačů (RFA - Raman Fibre Amplifier) dosud používaných v optických sdělovacích systémech, které jsou založené na čerpání přenosového vlákna kontinuálními čerpacími vlnami různé vlnové délky a výkonu, vychází náš přístup z pulsního časově multiplexovaného čerpání (TDM - Time Division Multiplexing). Nevýhodou kontinuálně čerpaných ramanovských zesilovačů je, že i při vhodné volbě vlnových délek a výkonů čerpacích vln, které vedou k ploché spektrální závislosti zesílení, závisí poměr optického signálu k šumu na vlnové délce v důsledku vzájemného zesilování kontinuálních čerpacích vln. Tato nevýhoda je odstraněna pulsním časově multiplexovaným čerpáním širokopásmových zesilovačů, protože při takovém čerpání se v daném místě přenosového vlákna v každém okamžiku vyskytuje jen čerpací vlna jedné vlnové délky, a tudíž nedochází k vzájemným interakcím čerpacích vln. Blokové schéma pulsního optického čerpacího zdroje je uvedeno na obr. 1. V rámci společného projektu s pracovníky CESNET, z.s.p.o jsme vyvinuli dva prototypy optických zdrojů pro časově multiplexované čerpání ramanovských vláknových zesilovačů. Tyto prototypy jsme Úřadem průmyslového vlastnictví chráněny jako užitné vzory [8, 9]. Zároveň jsem podali přihlášku vynálezu [10]. Činnost obou prototypů jsme ověřili současným přenosem 10 signálů s přenosovou rychlostí 10 Gbitů/s na vzdálenost 383 km. Měřicí pracoviště je znázorněno na obr. 2. Experimentální i teoretické výsledky jsme shrnuli v článku [11].
Karásek, M. - Vojtěch, J. - Radil, J. - Šíma, S: Modulární stavebnice zařízení pro ramanovské rozprostřené optické zesilování signálu. Užitný vzor CZ 18264 U1 (udělen ÚPV dne 11.2.2008).
Karásek, M. - Vojtěch, J. - Radil, J.: Modulární stavebnice zařízení pro optické zesilování signálu ramanovským vláknovým zesilovačem. Užitný vzor CZ 19087 U1 (udělen ÚPV dne 10.11.2008).
Karásek, M. - Vojtěch, J. - Radil, J.: Modulární stavebnice zařízení pro optické zesilování signálu ramanovským vláknovým zesilovačem. Přihláška vynálezu č. PV 2008-569 z 6.10.2008.
Karásek, M. - Vojtěch, J. - Radil, J.: Channel addition-removal response in a cascade of three distributed Raman fiber amplifiers transmitting 10×10 GE channels: experimentation and modeling. Journal of Optical Networking. Sv. 7, (2008), č. 15-24.
Blokové schéma optického pulsního časově multiplexovaného čerpacího zdroje.
WDM - vlnový multiplexor, PS - polarizační slučovač.
Laboratorní měřicí pracoviště pro optický přenos signálů
10×10Gbit/s na vzdálenost 383 km.
Kontaktní osoba: Miroslav Karásek, 266773507, karasek@ufe.cz
2.4 Uchovávání vodíku ve vybraných slitinách na bázi Mg-Ni
- Ústav fyziky materiálů
Vodík je perspektivním palivem budoucnosti jak pro přímé spalování (příp. též pro fúzi), tak pro výrobu elektrické energie v palivových článcích. Jedním z problémů, které je nutno v souvislosti s technologiemi výroby energie na bázi fúze nebo oxidace vodíku vyřešit, je skladování vodíku. V současné době se předpokládají tři možné způsoby skladování: (i) v tlakových nádobách, (ii) ve zkapalněném stavu a (iii) v pevné fázi vhodného média. První je rizikový kvůli manipulaci se silně stlačeným a velmi hořlavým plynem, druhý je poměrně nákladný. Třetí způsob eliminuje rizika exploze a nevyžaduje nákladná zařízení. Navíc jde o nečekaně efektivní skladování - je totiž pozoruhodné, že hustota vodíku rozpuštěného např. v hořčíku je vyšší než hustota zkapalněného vodíku. Tým ústavu systematicky studoval rychlost uvolňování vodíku uskladněného ve slitině Mg-Ni-H a v intermetalické sloučenině Mg2Ni-Hx. V obou případech jde o velmi perspektivní materiály pro uchovávání vodíku. Hlavním získaným poznatkem je skutečnost, že uvolňování vodíku se děje dvěma velmi odlišnými rychlostmi. Tyto dvě kinetiky uvolňování vodíku byly přiřazeny dvěma nepatrně odlišným krystalografickým fázím, přítomným ve studovaných materiálech. Vzhledem k tomu, že poměr těchto fází je možné ovlivnit při výrobě, série prací pracovníků ústavu publikovaných v roce 2008 umožňuje cílený návrh materiálu pro skladování vodíku s vyšší rychlostí jeho uvolňování. Tyto výsledky významně přispívají k možnosti výroby efektivnějších zdrojů energie pro malá zařízení (např. notebooky). - Výsledky práce byly úspěšně prezentovány na mezinárodních konferencích a formou článků v renomovaných odborných časopisech - jeden článek byl vyhodnocen jako 15. nejčtenější publikace, což nepřímo svědčí o aktuálnosti zkoumané problematiky.
Čermák J. - Král, L. - David, B.: Hydrogen Diffusion in Mg2NiH4 Intermetallic Compound. Intermetallics 16 (2008), s. 508-517.
Čermák J. - Král, L.: Hydrogen Diffusion in Mg-H and Mg-Ni-H Alloys. Acta Mater. 56 (2008), s.2677-2686. 15th place in Top 25 Hottest Articles April - June 2008.
Čermák J. - Král, L.: Hydrogenation of Mg and Two Chosen Mg-Ni Alloys Internat. J. Hydrogen Energy 33 (2008), s.7464-7470.
Časová závislost množství uvolněného vodíku
Na obrázku je vidět, že poměrně velká část uskladněného vodíku je uvolňována velmi pomalu, je-li v materiálu přítomna škodlivá fáze.
Kontaktní osoba: Jiří Čermák, 532 290 422, cermak@ipm.cz
2.5 Vliv typu a množství nekovových krátkých vláken na odolnost proti vysokoteplotnímu tečení u kompozitů na bázi hořčíkové slitiny
- Ústav fyziky materiálů
Byly získány kvalitativní i kvantitativní poznatky o vlivu krátkých uhlíkových vláken a vláken z Al2O3 o délce 100 - 150 (m distribuovaných planárně nahodile v matrici tvořené pokročilou hořčíkovou slitinou Mg-4%Al-1%Ca (AX41) na odolnost proti tečení. Distribuce obou typů vláken výrazně, o více než čtyři řády, snižuje rychlost tečení materiálu při zvýšených teplotách a zvýhodňuje tyto velmi lehké materiály zejména při specifických aplikacích v automobilové, letecké i kosmické dopravě. Uhlíková vlákna zpevňují kompozit znatelně méně než vlákna z Al2O3. Zpevňující účinek vláken roste s jejich objemovým podílem. Fyzikální podstata zpevňujícího účinku vláken i precipitátů vzniklých rozpadem tuhého roztoku matrice byla analyzována pomocí tzv. koncepce prahového napětí, pod jehož úrovní se již kompozit při dané teplotě nedeformuje. Bylo ukázáno, že obvykle používaná obecná rovnice pro rychlost tečení modifikovaná pro tuto koncepci je pro zkoumané typy kompozitů zcela nevhodná. Na základě matematicko-statistické analýzy byla navržena a ověřena originální rovnice (1-4), z jejichž parametrů lze interpretovat dva dominantní strukturní mechanismy, kterými je tečení jak matriční slitiny, tak i kompozitů s oběma typy vláken, ovládáno při různých teplotách. Navržená rovnice vysvětluje logicky úlohu různých skluzových systémů při deformaci hexagonální krystalické mřížky hořčíkových slitin za různých teplot pozorovanou i jinými technikami. Úroveň prahového napětí při tečení matriční slitiny i kompozitů, jehož hodnota může být významná i při úvahách o praktické aplikaci kompozitů, je dána tepelně aktivovaným mechanismem s nízkou aktivační energií.
Milička, K. - Dobeš, F.: Creep of AX41 magnesium alloy matrix composites with alumina and carbon short fibers. Proc. of 13th European Conference on Composite Materials (ECCM-13), June 2-5, 2008, KTH, Stockholm, Sweden, paper 1310.
Milička, K. . Dobeš F.: Constitutive description of creep behaviour of Mg-4Al-1Ca alloy. Strength of Materials, Roč. 40. č. 1 (2008), s. 36-39.
Milička, K.: Creep threshold of a Mg-4Al-1Ca alloy. Kovové mater. Roč. 46, č. 6 (2008), s. 323-329.
Milička, K. - Dobeš, F.: Thresholds in creep of magnesium alloy AX41 composites reinforced with short fibres. Int. Journal of Materials Research, v tisku.
Kontaktní osoba: Karel Milička, 532290371, milicka@ipm.cz
2.6 Simulace a měření toků plazmatu do štěrbin divertorových desek v tokamacích
- Ústav fyziky plazmatu
Silná termomechanická napětí vyžadují rozdělit divertor tokamaku ITER štěrbinami na jednotlivé menší desky. To znamená, že velká plocha divertoru s komplikovanou geometrií bude exponovaná vysokými toky částic a tepla z plazmatu. Abychom odhadli možné poškození jednotlivých desek zejména při přechodových jevech, provedli jsme výpočty očekávané depozice plazmatu do těchto štěrbin. Použili jsme 3V-2D kinetický kód, založený na technice "particle-in-cell" [1]. Specifikum kódu spočívá v jeho schopnosti vstřikovat libovolnou rozdělovací funkci rychlostí částic zadanou 1D kinetickou simulací okrajové vrstvy plazmatu [2,3], která zároveň splňuje Bohmovo kritérium při vstupu částic do stěnové vrstvy. Studovali jsme dvě orientace štěrbiny. V prvním případě byla štěrbina orientována kolmo k siločárám magnetického pole (PG=poloidal gap), v druhém případě je štěrbina rovnoběžná se siločárami (TG=toroidal gap). Hlavní výsledek těchto numerických studií je, že expozice štěrbiny je silně nesymetrická a pouze jedna strana štěrbiny je dominantně exponována tokem plazmatu. V případě PG je plazma deponováno na "návětrnou" stranu štěrbiny, při druhé orientaci (TG) je exponována strana ve směru ExB driftu. Obrázek 1 ukazuje typické profily výkonu ve štěrbině šířky 0,5 mm při nestabilitě typu ELM. Abychom potvrdili platnost našich simulací, měřili jsme na tokamaku CASTOR depozici plazmatu ve štěrbinách pomocí speciální sondy která štěrbinu simuluje [4]. Měřili jsme profily iontového nasyceného proudu na obou stranách štěrbiny a srovnávaly se s "particle-in-cell" simulacemi -viz obrázek 2. Pozorované asymetrie ve štěrbinách orientovaných ve směru PG a TG jakož i velikost měřených proudů souhlasí s numerickými simulacemi. Tento unikátní soubor experimentů a jeho porovnání s numerickými simulacemi potvrzuje naše fyzikální porozumění procesům, které řídí depozici plazmatu ve štěrbinách divertorových desek v tokamacích.
Dejarnac, R., Komm, M., Stöckel, J., Pánek, R. : Measurement of plasma flows into tile gaps. Journal of Nuclear Materials 382 (2008) 31-34
Fuchs, V. et al., 32nd EPS Plasma Physics Conference, Tarragona 2005
Guan, J. P., Fuchs, V. : Physics of Plasmas 14 (2007) 032501
Dejarnac, R., Komm, M., Stöckel, J., Pánek, R. : Measurement of plasma flows into tile gaps. Journal of Nuclear Materials 382 (2008) 31-34
Depozice výkonu do štěrbiny šířky 0.5 mm pro rovnoběžnou (TG) a kolmou (PG) orientaci štěrbiny vzhledem k magnetickým siločárám (hustota plazmatu ne = 1020 m-3, teplota plazmatu Ti = Te = 5 keV, sklon magnetických siločar 2.1o).
Profil iontového nasyceného prougu podél toroidálně orientované štěrbiny (TG) měřený sondou při 8mi reprodukovatelných výbojích (body) a vypočítaný pomocí self-konzistentního PIC kódu (červené/modré čáry). Je třeba poznamenat, že signál je zaznamenán pouze jednou stranou štěrbiny.
Kontaktní osoba: Renaud Dejarnac, tel. 266 052 944, dejarnac@ipp.cas.cz
2.7 Možnosti zesílení spontánní emise na vlnových délkách <15 nm v impulsních systémech
- Ústav fyziky plazmatu
Jsou zkoumány dvě cesty k zesílení spontánní emise v oboru měkkého rentgenového záření. První je založena na elektronově-srážkovém rekombinačním čerpacím schématu, které užívá rekombinaci iontů plně zbavených elektronového obalu do vodíku-podobných iontů, při níž se vytváří (při dostatečně rychlém chlazení) populační inverze na energetických hladinách patřících přechodu Balmer-alfa. Toto schéma je testováno na dusíku, pro nějž je laserová vlnová délka 13,4 nm. Druhá cesta k zesílení spontánní emise je založena na elektronově-srážkovém excitačním čerpacím schématu: to užívá k vytvoření populační inverze rychlou excitaci Ne- nebo Ni-podobných iontů. Pro vlnové délky pod 15 nm je nutné použít Ni-podobné ionty par některých kovů. Plnění par kovů do kapiláry je obtížné a po naplnění se usazují na jejích stěnách, čímž značně zkracují její životnost. Proto jsou používány páry kovů v kapiláře s kapalnými stěnami (vytvořené explozí drátku ve vodě). Aby se zpomalilo rozepnutí plazmatického kanálu, vyvíjí se lokální komprese vody lineárně fokusovanou rázovou vlnou.
Kolachek, K., Shmidt, J., Bogachek, V., Ripa, M., Frolov, O., Vrba, P., Shtraus, J., Prukner, V., Rupasov, A. A., Shikanov, A. S. (2008) Usilenie spontannoj emissii neonopodobnogo argona v bystrom razrjade v gazonapolnennom kapilljare Fizika plazmy 34 (2), str. 185-192
Kolacek, K., Schmidt, J., Bohacek, V., Ripa, M., Frolov, O., Vrba, P., Straus, J., Prukner, V., Rupasov, A. A., Shikanov, A. S. (2008) Amplification of spontaneous emission of neon-like argon in a fast gas-filled capillary Plasma Physics Reports 34 (2), pp.162-168
Kolacek, K., Schmidt, J., Prukner, V., Frolov, O., Straus, J. (JUN 2008) Ways to discharge-based soft X-ray lasers with the wavelength lambda <15 nm, Laser and Particle Beams 26 (2), 167-178
Kolacek, K., Schmidt, J., Prukner, V., Frolov, O., Straus, J. (2008) Recent progress in discharge-based soft X-ray lasers at IPP ASci CR, Atomic and Molecular Pulsed Laser VII, Proc. SPIE Vol. 6938, Art.No. 693805
Kolacek, K., Frolov, O., Prukner, V, Schmidt, J., Straus, J. (2008) Prospects of pulsed high-current discharge in nitrogen-filled-capillary for lasing at 13.4 nm, 17th International Conference on High Power Particle Beams, BEAMS 08, Xi´An, P.R. China, July 6.-11., 2008, Paper 08-I-02 (Invited), Conference Guide and Abstracts, Ed. Jianjun Deng, Organised by Institute of Fluid Physics, CAEP & Northwest Institute of Nuclear Technology, China, p.10-11
Frolov, O, Kolacek, O., Schmidt, J., Prukner, V., Straus, J. (2008) Experiment WEX - wire explosion in water, 17th International Conference on High Power Particle Beams, BEAMS 08, Xi´An, P.R. China, July 6 -11, 2008, Paper 08-P-54 (Poster), Conference Guide and Abstracts, Ed. Jianjun Deng, Organised by Institute of Fluid Physics, CAEP & Northwest Institute of Nuclear Technology, China, p.85
Kolacek, K., Schmidt, J., Prukner, V., Straus, J., Frolov, O. (2008) Exploding wire in water as a potential source of amplified EUV-radiation, 7th International Conference on Dense Z-Pinches, DZP 2008, Alexandria, Virginia, USA, August 17-21, 2008, Conference Abstracts, Ed. D.Hammer (Cornell Univ.), Oral presentation, p.18
Kontaktní osoba: RNDr. Karel Koláček, CSc. tel. 266053224, kolacek@ipp.cas.cz
2.8 Nový způsob laserového urychlování makročástic.
- Ústav fyziky plazmatu
Makročástice urychlované na vysoké rychlosti slouží k simulaci dopadu mikrometeoritů na povrch umělých kosmických těles, k testování materiálů tzv. první stěny termojaderných reaktorů a k dalším technologickým aplikacím. V poslední době se uvažuje o jejich využití v tzv. impaktních schématech "rychlého zapálení" (fast ignition) inerciální termojaderné fúze. Na velmi vysoké rychlosti lze makročástice urychlit např. výkonovými impulsními lasery. V klasickém schématu vytváří soustředěný laserový svazek na povrchu makročástice horké expandující plazma, které ji urychluje svým reaktivním ablačním tlakem. Na terawattovém laserovém zařízení PALS pracovníci Ústavu fyziky plazmatu nedávno otestovali zcela nový způsob urychlování makročástic pojmenovaný reverzní urychlovací schéma. Jeho uspořádání je znázorněno na obrázku. Využívá obdobného principu jako experimenty s tzv. nepřímo hnanou inerciální fúzí. Makročástice, představovaná zde tenkou kruhovou hliníkovou fólií, není urychlována přímo reaktivním ablačním tlakem, ale tlakem a zářením horkého plazmatu. Toto plazma se vytváří laserem na povrchu pomocného masivního měděného terče, který je umístěný v malé vzdálenosti za urychlovanou fólií. Laserový paprsek přitom prochází malým otvorem v této fólii. V experimentech provedených v laboratoři PALS byl k urychlování fóĺie použit fokusovaný svazek na 3. harmonické frekvenci jódového laseru o vlnové délce 438 nm a délce impulsu 250 ps. Při energii laseru 190 J se podařilo urychlit hliníkový disk tloušťky 10 μm až na rychlost 130 km/s, což je až třikrát více než při klasickém způsobu. Nový způsob laserového urychlování je mnohem účinnější a výhodnější než doposud používaný způsob, jelikož energie laseru se nepromrhává na odpařování a ablaci urychlovaného terče a hmota terče se navíc při urychlování nemění.
Borodziuk, S. - Kasperczuk, A. - Pisarczyk, T. - Ullschmied, J. - Krouský, E. (2008).- Mašek, K. - Pfeifer, M. - Rohlena, K. - Skála, J. - Pisarczyk, P.: Reversed scheme of thin foil acceleration. Applied Physics Letters 93, 101502 (2008)
Badziak, J. - Kasperczuk, A. - Parys, P. - Pisarczyk, T. - Rosinski, M. - Ryc, L. - Wolowski, J. - Suchanska, R. - Krása, J. - Krouský, E. - Láska, L. - Mašek, K. - Pfeifer, M. - Rohlena, K. - Skála, J. - Ullschmied, J. - Dhareshwar, L. J. - Foldes, I. B. - Suta, T. - Borrielli, A. - Mezzasalma, A. - Torrisi, L. - Pisarczyk P.: The effect of high-Z dopant on laser-driven acceleration of a thin plastic target. Appl. Phys. Lett. Roč. 92, 211502 (2008). Obě citované publikace byly vybrány pro US Virtual Journal of Ultrafast Science.
Nový způsob laserového urychlování makročástic
Nepřímé laserové urychlování volného diskového terče
a) Schéma uspořádání experimentu. Soustředěný laserový paprsek prochází otvorem v tenké hliníkové fólii a vytváří plazma na povrchu masivního měděného terče. Záření a tlak horkého laserového plazmatu urychlují fólii v opačném směru.
b) Laserové interferogramy zobrazující deformaci fólie v časech 2, 5 a 8 ns po laserovém impulsu. Rychlost střední části urychlené fólie lze určit z posunu bodu P.
Kontaktní osoba: J. Ullschmied, 2 6605 3246, ullsch@ipp.cas.cz
2.9 Progresivní žárové nástřiky
- Ústav fyziky plazmatu
Řešení projektu v roce 2008 bylo zaměřeno na plazmový nástřik a vyhodnocení vzorků z materiálu Cr3C2-NiCr a zároveň na optimalizaci parametrů nástřiku materiálu WC-Co a na vyhodnocení těchto optimalizovaných nástřiků. U optimalizovaných nástřiků WC-Co se podařilo docílit výrazně lepších parametrů otěruvzdornosti jak za sucha tak za mokra ve srovnání s dřívějšími nástřiky, a to při zachování vysoké tvrdosti, dokonce i jejím dalším zlepšení. K velmi dobrým výsledkům vede kombinace vysoké podávací vzdálenosti FD s nízkou stříkací vzdáleností SD. Uvedené nástřiky WC-Co jsou již téměř srovnatelné s nástřiky HVOF a jsou kvalitnější než povrchy opatřené galvanickou vrstvou tvrdého chrómu
Brožek, V., Ctibor, P., Cheong, D.-I., Kim, E.-P.: Hafnium carbide cermets, Proceedings of the 18th Joint Seminar Development of Materials Science in Research and Education", Hnanice, 2007, pp. 8-9 (ISBN 978-80-254-0864-3). vyšlo 2008
Brožek, V., Ctibor, P., Kim Eun-Pyo, Cheong Dong-Ik: New tungsten cermets, Proceedings METAL 2008 , p.79 (ed.Tanger s.r.o. Ostrava), ISBN 978-80-254-1987-8, 17. International Metallurgical and Materials Conference METAL 2008, Hradec nad Moravicí 13-15.5.2008
Ageorges, H., Ctibor, P. : Comparison of the structure and wear resistance of Al2O3-13 wt.%TiO2 coatings made by GSP and WSP plasma process with two different powders, Surface & Coatings Technology 202 (2008) pp.4362-4368.
Štengl V., Murafa N., Ctibor, P., Bakardjieva, S., Černý, Z., Zahálka, F.: Atmospheric Plasma Sprayed (APS) coatings of TiO2 for photocatalytic application, 2nd International Congres on Ceramics, Verona, June 29 - July 4, 2008, Italy - paper 6-P091-ID123.
Ctibor, P., Savková, J., Bláhová, O.: Plasma sprayed TiO2 coatings - structure, microhardness and friction of various states of titania with oxygen-deficient stoichiometry, 2nd International Congres on Ceramics, Verona, June 29 - July 4, 2008, Italy - paper 4-P09-ID123.
Ctibor, P., Kašparová, M.,Bellin, J., Le Guen, E. : Plasma spraying of tungsten carbide - cobalt coatings by the water-stabilized system WSP®, Thermal spray crossing boarders (ITSC 2008) - Proceedings [Nestránkovaný pdf soubor], Duesseldorf, Německo, 2008.
Kontaktní osoba: Ing. Pavel Ctibor, PhD., tel. 26605 3727, ctibor@ipp.cas.cz
2.10 Hydroekologický a biohydrologický výzkum v pramenných oblastech České republiky
- Ústav pro hydrodynamiku
Experimentálně založený výzkum byl zaměřen na hlubší kvantitativní a kvalitativní pochopení procesů rozhodujících o intenzitě přenosu vody a látek v blízkosti zemského povrchu ve vybraných pramenných oblastech České republiky v podmínkách měnícího se životního prostředí na odpovídajících úrovních časového a prostorového měřítka. V měřítku povodí byl aplikován modelový přístup pro hodnocení dlouhodobé proměnlivosti současného vodního režimu pomocí simulací srážko-odtokového procesu, při využití scénářů předpokládaných klimatických změn. Při modelování pohybu vody a transportu látek půdním profilem je nutné věnovat pozornost materiálovým charakteristikám popisujícím půdní porézní prostředí a jejich ovlivněním vegetačním krytem. Proto byl zkoumán vliv porostu na hydraulické charakteristiky hydrofilních a hydrofobních půd (nenasycená a nasycená hydraulická vodivost, obtokový podíl) na experimentálních lokalitách. Při kvantitavním hodnocení látkové bilance experimentálních povodí byly využívány standardní metody monitoringu a jeho hodnocení. K detailnímu mapování imisní zátěže byla využita půdní magnetometrie, která se ukázala jako citlivá, rychlá a spolehlivá metoda. Látková bilance byla doplněna rovněž o složku kapalných i pevných usazených srážek, které představují významný vstup ovlivňující jak vodní, tak látkovou bilanci.
Buchtele, J. - Tesař, M.: The variability of evapotranspiration and soil water storage in long time series of rainfall-runoff process. Biologia, v tisku.
Fišák, J. - Tesař, M. - Fottová, D.: Pollutant concentrations in rime and fog water. Soil & Water.Res. Roč. 3, speciální vydání 1 (2008), s. S68 - S73.
Fürst,T. - Vodák, R. - Šír, M. - Bíl, M.: On the incompatibility of Richard´s equation and Finger-like inltration in unsaturated homogeneous porous media. Water Resources Research, v tisku
Kapička,A. - Petrovský, E. - Fialová, H. - Podrázský, V. - Dvořák, I.: High resolution mapping of anthropogenic pollution in the Giant Mountains national park using soil magnetometry. Studia Geophysica et Geodetica. Roč. 52 (2008), s. 271-284.
Lichner, L. - Nagy, V. - Houšková, B. - Šír, M. - Tesař, M.: Impact of land-use change on hydraulic properties of wettable and hydrophobic soils. Cereal Research Communications, Roč.. 36, 2008, Suppl., 1599 - 1602.
Tesař, M. - Šír, M. - Krejča, M. - Váchal, J.: Influence of vegetation cover on air and soil temperatures in the Šumava Mts. (Czech Republic). IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci., 2008, 4 012029 (7 s.) doi: 10.1088/1755-1307/4/1/012029.
Kontaktní osoba: Miroslav Tesař, tel.: 388426801, tesarihas@iol.cz
2.11 Vliv organických látek produkovaných fytoplantkonem na úpravu vody
- Ústav pro hydrodynamiku
Vliv organických látek produkovaných fytoplanktonem na destabilizační a agregační procesy probíhající při úpravě vody není doposud uspokojivě objasněn. Především organické látky vznikající rozkladem sinic a řas, tzv. COM (Cellular Organic Matter), jsou obtížně odstranitelné a mohou způsobit vážné technologické problémy. Výzkum pracovníků ústavu prokázal, že k jejich odstranění je zapotřebí značných dávek destabilizačních činidel a dochází k němu pouze za předpokladu vhodného reakčního pH, kdy vznikají hydroxopolymery s velkým povrchovým nábojem a organické makromolekuly mají přístupné funkční skupiny. I v případě optimalizovaných reakčních podmínek se však celková účinnost jejich odstranění pohybuje pouze okolo 46% při použití železitých destabilizačních činidel a okolo 41% při použití hlinitých destabilizačních činidel. Dalším významným poznatkem je, že ve srovnání s ostatními organickými látkami zastoupenými v COM, především s polysacharidy, se s vyšší účinností odstraňují proteiny. Detailní analýza pomocí gelové chromatografie ukázala, že se snáze agregují proteiny s vysokou molekulovou hmotností. Dominantní formou takto tvořených agregátů jsou makroagregáty, které při separaci filtrací způsobují rychlé zanášení filtračního lože. Výzkum COM umožňuje objasnit nejen procesy probíhající při destabilizačních a agregačních procesech, ale také navrhnout účinná technologická opatření při úpravě vody s obsahem těchto látek.
Pivokonská, L. - Pivokonský, M. - Tomášková, H.: Optimisation of NOM removal during water treatment. Sep. Sci. & Tech. Roč. 43, č.7 (2008), s. 1687-1700.
Pivokonský, M. - Polášek, P. - Pivokonská, L. - Tomášková, H.: Optimized reaction conditions for removal of algal cellular organic matter during the destabilization and aggregation process using ferric sulphate in water purification. Wat. Env. Sci. (přijato do tisku).
Pivokonský, M. - Pivokonská, L. - Bäumeltová, J. - Bubáková, P.: The effect of cellular organic matter produced by cyanobacteria Microcystis aeruginosa on coagulation process. J. Hydr. & Hydrom. Roč. 57, č. 1. (2009), s. 14-23.
Kontaktní osoba: Martin Pivokonský, tel.: 233109068, pivo@ih.cas.cz
2.12 Optická vazba mezi mikročásticemi a jejich samouspořádávání
- Ústav přístrojové techniky
Optické mikromanipulační techniky využívají světelné pole s nerovnoměrným prostorovým rozložením optické intenzity. V takovém světelném poli je mikročástice či nanočástice tažena optickými silami do místa s větší vyšší optickou intenzitu a tam je v tzv. optické pasti prostorově zachycena. Je-li ve světelném svazku přítomno více elektricky neutrálních částic, působí na každou z nich silově kromě dopadajícího svazku i světelné záření, které ostatní částice rozptylují. Tato doposud opomíjená interakce způsobí, že výsledné silové působení na částice není ovládáno výhradně dopadajícím svazkem, ale rovněž vzájemným rozmístěním částic. I když dopadající světelné pole samo nevytváří optické pasti, lze za vhodných okolností dosáhnout stavu, kdy osvícené částice si vzájemně vytvoří optické pasti, ve kterých jsou pak prostorově lokalizovány. Touto optickou vazbou jsou částice samouspořádány a vytváří tzv. opticky vázanou hmotu. Rozmístění částic velmi citlivě odráží počet a vlastnosti částic a vlastnosti okolního média i osvětlujícího svazku. Zaměřili jsme se na chování polystyrénových částic osvícených dvěma protiběžnými laserovými svazky, které spolu neinterferovaly a jejichž intenzita se podél osy šíření výrazně neměnila na vzdálenostech stovek mikrometrů. V příčném směru byla šířka svazku menší než 8 mikrometrů a zajišťovala tedy osovou lokalizaci částic, které se následně samouspořádaly podél osy šíření svazků. Podařilo se vytvořit opticky vázanou strukturu částic o průměru 802 a 1070 nm, která byla až 200 mikrometrů dlouhá a vykazovala dvoustupňovou organizaci - v rámci jednotlivých shluků částic na krátkých vzdálenostech a mezi shluky částic na delší vzdálenosti (viz obr). Vysvětlili jsme příčinu tohoto chování a rovněž numerické simulace, založené na metodě vázaných dipólů, vedly k velmi dobré shodě s experimentem. Získané poznatky umožní dosahovat samoorganizace koloidních částic pouhým osvícením.
Karásek, V. - Čižmár, T. - Brzobohatý, O. - Zemánek, P. - Garcés-Chávez, V. - Dholakia, K.: Long-Range One-Dimensional Longitudinal Optical Binding. Physical Review Letters. Roč. 101, č. 14 (2008), 143601: 1-4.
Karásek, V. - Zemánek, P.: Analytical description of longitudinal optical binding of two nanoparticles. Journal of Optics A-Pure and Applied Optics. Roč. 9, č. 8 (2007), S215-S220.
Zemánek, P. - Brzobohatý, O. - Karásek, V. - Čižmár, T. - Garcés-Chávez, V. - Dholakia, K.: Optically bound chain of microparticles. Photonics, Devices, and Systems IV. (Proceedings of SPIE Vol. 7138). Bellingham : SPIE, 2008. 713825: 1-7.
Brzobohatý, O. - Karásek, V. - Čižmár, T. - Zemánek, P. - Garcés-Chávez, V. - Dholakia, K.: One-dimensional long-range self-arranged optically bound structures. 16th Polish-Slovak-Czech Optical Conference on Wave and Quantum Aspects of Contemporary Optics. (Proceedings of SPIE Vol. 7141). Bellingham : SPIE, 2008. 714113: 1-9.
Karásek, V. - Brzobohatý, O. - Zemánek, P.: Longitudinal optical binding of several spherical particles studied by the coupled dipole method. Journal of Optics A-Pure and Applied Optics. Roč. 10 (2008), accepted.
Optické vázání polystyrénových částic.
Částice o průměru 1070 nm se samouspořádávají podél osy dvou protiběžných laserových svazků, které mají průměr 3,6 mikrometrů (nahoře), 4,8 mikrometrů (uprostřed) a 7,4 mikrometrů (dole). Názorně je vidět měnící se počet částic uspořádaných v jedné skupině a měnící se vzdálenost mezi skupinami s rostoucí šíří laserového svazku.
Kontaktní osoba: doc. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D., 605 267 574, zemanek@isibrno.cz
2.13 Zdokonalené programové vybavení pro elektronovou a iontovou optiku
- Ústav přístrojové techniky
Návrh zařízení využívajících elektronové a iontové svazky je v současnosti nemyslitelný bez použití moderních výpočetních metod (viz obr.). Na přesný výpočet elektrostatických a magnetických polí čoček a multipólů metodou konečných prvků navazují výpočty optických vlastností, založené na aberační teorii nebo na přesném trasování nabitých částic. Důležitým doplňkem je určení vlivu prostorového náboje v intenzivních svazcích a zvládnutí stochastických interakcí v elektronových a iontových svazcích, a to i v nejtěsnější blízkosti zdroje částic.
Lencová, B. - Lenc, M. - Hawkes, P. W.: A pitfall in the calculation of higher order aberrations. Ultramicroscopy. Roč. 108, č. 8 (2008), s. 737-740.
Radlička, T. - Lencová, B.: Coulomb interactions in Ga LMIS. Ultramicroscopy. Roč. 108, č. 5 (2008), s. 445-454.
Lencová, B.: Electrostatic Lenses. Handbook of Charged Particle Optics, Second Edition. Boca Raton, New York : CRC Press, 2008 - (Orlov, J.) S. 161-208.
Lencová, B.: Solving Complex Electron Optical Problems with EOD. Proceedings of the 11th International Seminar on Recent Trends in Charged Particle Optics and Surface Physics Instrumentation. Brno : Institute of Scientific Instruments AS CR, v. v. i. 2008 - (Mika, F.) S. 65-68.
Program a uživatelský interfejs pro návrhy elektronově optických a iontově optických přístrojů
Kopie obrazovky ilustruje výpočet syceného objektivu prozařovacího elektronového mikroskopu. V pravém dolním rohu je editovací okno se sítí pro metodu konečných prvků, nad ním je spočtené rozložení magnetického pole na ose a uvnitř magnetických materiálů. Grafické okno vlevo ilustruje relativní přesnost výpočtu lepší než 0,01 %.
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc., 541 514 294, bohunka@isibrno.cz
2.14 Laserový nanokomparátor pro kalibraci délkových snímačů
- Ústav přístrojové techniky
Vstup českých průmyslových podniků na globální světové trhy přináší stále vyšší požadavky na konkurenceschopnost a tím i kvalitu nabízených výrobků. Přesnost výroby se postupně přesouvá až do řádu jednotek nanometrů, zejména díky moderním metodám nanotechnologií. Ne vždy lze pro přesná měření použít laserové interferometry, které patří mezi nejpřesnější délková měřidla. Ve špičkových provozech se proto setkáváme i se snímači indukčními nebo kapacitními a dále s tzv. optoelektronickými pravítky. Mají-li tyto snímače mít přesnost jen o řád horší než laserové interferometry, je nezbytné, aby jejich stupnice byly kalibrovány právě pomocí laserových interferometrů. Pracovníci ústavu ve spolupráci s Českým metrologickým institutem a firmou Mesing, s. r. o., představili automatický laserový nanokomparátor pro přesné kalibrace délkových měřidel, který byl vyvinut během necelých tří let v rámci společného výzkumného projektu. Laserový nanokomparátor je řešen jako automatický odměřovací systém s rozlišením v řádu desetin nanometrů. Řešitelský tým ÚPT pro nanokomparátor navrhl a experimentálně ověřil zcela novou metodu tzv. aktivní stabilizace náklonu měřicího zrcadla. Metoda zcela zamezuje nežádoucím úhlovým odchylkám zrcadla při jeho polohování, způsobeným mechanickou vůlí jezdce v lineárním vedení. Metoda využívá tří piezoelektrických měničů, které upevňují zrcadlo k jezdci a mohou je naklápět ve svislé či vodorovné ose. Podle změny místa dopadu laserového svazku odraženého od měřicího zrcadla provede řídicí systém pomocí piezoelektrických měničů ihned náklon zrcadla zpět. Metoda tak odstraňuje závislost linearity stupnice interferometru na poloze měřicího zrcadla, což bylo experimentálně ověřeno několika způsoby. - Propojení základního a průmyslového výzkumu v rámci tohoto projektu je příkladem mezioborové spolupráce Akademie věd se sférou soukromých inovačních podniků. Na 50. mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně získal řešitelský tým za laserový nanokomparátor Cenu redakce Technického týdeníku a Cenu časopisu Automatizace.
Číp, O. - Buchta, Z. - Čížek, M. - Šmíd, R. - Lazar, J.: Detection and active stabilization of beams position at a high-resolution laser interferometer. Ninth International Symposium on Laser Metrology. (Proceedings of SPIE Vol. 7155). Bellingham: SPIE, 2008. 71550X: 1-9.
Číp, O. - Šmíd, R. - Buchta, Z. - Čížek, M. - Lazar, J.: Digital control of beams position in high-resolution interferometer for calibration of precise length sensors. NanoScale 2008 - 8th Seminar on Quantitative Microscopy (QM) and 4th Seminar on Nanoscale Calibration Standards and Methods. Torino: Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, 2008. S. 44.
Číp, O. - Buchta, Z. - Čížek, M. - Šmíd, R. - Lazar, J.: High-resolution laser interferometer with stabilized spatial position of laser beams. ICPM 2008 - International Conference on Precision Measurement. llmenau: Technische Universität llmenau, 2008. S. 109-110.
Laserový nanokomparátor pro velmi přesné kalibrace délkových měřidel, představený na 50. mezinárodním strojírenském veletrhu 2008 v Brně, výsledek spolupráce ÚPT, Českého metrologického institutu a firmy Mesing, s. r. o. Nanokomparátor je řešen jako automatický odměřovací systém o rozlišení v řádu desetin nanometrů
Kontaktní osoba: Ing. Ondřej Číp, Ph.D., 776 305 747, ocip@isibrno.cz
2.15 Termodynamické vlastnosti pracovních médií pro absorpční chladicí oběhy
- Ústav termomechaniky
Absorpční oběhy nalézají stále širší uplatnění v rostoucí řadě aplikací, jako jsou chladicí a mrazicí zařízení, tepelná čerpadla a solární kolektory, kde přinášejí nejen ekonomické, ale především specifické provozní, logistické a enviromentální výhody. Vedle zavedených médií voda-čpavek a bromid lithný-voda se nově uplatňují absorpční oběhy založené na systémech chlorid lithný-voda a chlorid vápenatý-voda. Pro spolehlivý návrh účinných absorpčních oběhů je nezbytná přesná a výpočetně efektivní znalost termodynamických vlastností jejich pracovních médií.
Pracovníci ústavu na základě souboru kriticky zhodnocených experimentálních dat vyvinuli formulaci termodynamických vlastností dvoufázového systému chlorid lithný-voda ve formě Gibbsovy energie jeho kapalné a plynné fáze. Formulace umožňuje výpočet termodynamických vlastností obou fází v závislosti na teplotě a složení pro teploty od 273 do 400 K při hmotnostním zlomku soli v roztoku do 50%. Dále autoři vyvinuli pro systém chlorid vápenatý-voda formulaci závislostí jeho tlaku a teploty na složení kapalné fáze ve stavech fázové rovnováhy kapalina-pevná látka platnou v celém rozsahu koncentrací. Zvláštní matematická struktura formulace, ve které souřadnice přechodových bodů vystupují jako optimalizované nelineární parametry, umožnila nalézt přesné hodnoty teploty a složení eutektického bodu a bodů přechodů mezi hydráty.
Pátek, J. - Klomfar, J.: Thermodynamic properties of the LiCl-H2O system at vapor-liquid equilibrium from 273 K to 400 K. International Journal of Refrigeration. Roč. 31 (2008), s. 278-303.
Pátek, J. - Klomfar, J. - Součková, M.: Solid-liquid equilibrium in the system of CaCl2-H2O with special regard to transition points. Journal of Chemical and Engineering Data. Roč. 53 (2008), s. 2260-2271.
Molární entalpie kapalné fáze dvoufázového systému chlorid lithný - voda jako funkce teploty a molárního zlomku chloridu lithného v roztoku
Kontaktní osoba: RNDR. Jaroslav Pátek, CSc., 266053163, patek@it.cas.cz
2.16 Pozorování a analýza rozhraňových mikrostruktur v monokrystalech slitin s tvarovou pamětí
- Ústav termomechaniky
První technické využití slitin s tvarovou pamětí (SMA) se datuje již do počátku šedesátých let minulého století. Přesto nejsou mikromechanismy fázových přeměn probíhajících v těchto materiálech na atomární a mikroskopické úrovni ještě stále zcela známy. Především dynamické formování mikrostruktur a jejich pohyb doposud nebyly uspokojivě ani experimentálně zdokumentovány, natož pak teoreticky popsány.
V Laboratoři ultrazvukových metod (LUM) ÚT AVČR byly provedeny experimenty na monokrystalech slitiny Cu-Al-Ni. Cílem experimentů bylo pozorovat rozhraňové mikrostruktury (tedy mikrostruktury, vznikající na rozhraní austenit-martenzit) při teplotně indukované transformaci z mechanicky stabilizovaného martenzitu do vysokoteplotní austenitické fáze. Jednotlivé mikrostruktury byly zdokumentovány optickou mikroskopií a podrobeny teoretické analýze - byly určeny jednotlivé systémy dvojčatění, které se v mikrostrukturách objevují, a bylo provedeno porovnání zaznamenané geometrie s teoretickými předpověďmi tzv. matematické teorie martenzitických mikrostruktur.
Seiner, H. - Sedlák, P.- Landa, M.: Shape recovery mechanism observed in single crystals of Cu-Al-Ni shape memory alloy. Phase Transitions. Roč. 81, č.6 (2008), s. 537-551.
Landa M. - Sedlák P. - Šittner P. - Seiner H. - Heller, L.: On the evaluation of the temperature dependence of elastic constants of martensitic phases in shape memory alloys from resonant ultrasound spectroscopy studies, Material Science and Engineering A: Structural materiále. Roč. 481-482 (2008), s. 567-573.
Rozhraňové mikrostruktury v monokrystalu slitiny s tvarovou pamětí.
Rozhraňové mikrostruktury v monokrystalu Cu-Al-Ni (-rozhraní vlevo a X- rozhraní vpravo). Písmena A a M označují oblasti austenitu a martensitu.
Kontaktní osoba: Ing. Michal Landa, CSc., 266053672, ml@it.cas.cz
2.17 Statické a dynamické charakteristiky aktuátorů založených na principu termoelasticity
- Ústav termomechaniky
Pro upínání těles při obrábění a další aplikace, při nichž je třeba při malých posuvech dosahovat velkých sil (řádu 10E4 N) byl navržen elektromagnetický aktuátor pracující na principu termoelasticity. Jeho hlavní částí je dutý válcový dilatační element vyrobený z vhodné konstrukční oceli, jenž je indukčně ohříván cívkou napájenou střídavým proudem o určitém kmitočtu. Ohřev elementu vede k jeho deformaci (zejména prodloužení v osovém směru). Poté, co se dilatační element dotkne upínaného tělesa, začne na něj působit značnou silou. Velkých sil lze samozřejmě dosáhnout i jinými způsoby (např. hydraulicky, mechanicky nebo pneumaticky). V těchto případech je ovšem zapotřebí přítomnosti dalších zařízení (čerpadla, kompresory, mechanické elementy), což v případě termoelastických aktuátorů odpadá. Zapotřebí je jen zařízení pro případné chlazení budicí cívky a vnitřku dilatačního elementu, pokud je třeba aktuátor deaktivovat. Pro vyšetření časového průběhu celého procesu byl navržen matematický model popisující vzájemně se ovlivňující elektromagnetické pole, pole teplot a pole termoplastických deformací. V některých případech musí být tato formulace doplněna o kontaktní úlohu, která řeší časovou závislost přestupu tepla mezi dvěma kovovými tělesy, které se dotýkají plochami o časově proměnné velikosti. Zatímco elektromagnetické pole se řeší nezávisle na teplotních a mechanických jevech, teplotní pole a pole termoplastických deformací se řeší s ohledem na značnou míru vzájemného ovlivňování simultánně. Numerické řešení se provádí kombinací profesionálních konečněprvkových programů (COMSOL, QuickField pro modelování elektromagnetického pole), a vlastních pro popis termoelastických a kontaktních jevů. Pro několik typických uspořádání zařízení byly vypočteny jeho statické a dynamické charakteristiky.
Doležel, I. - Karban, P. - Ulrych, B. - Pantelyat, M. - Matyukhin, M. - Gontarowskiy P. - Shulzhenko, M.: Limit operation regimes of actuators working on principle of thermoelasticity. IEEE Trans. Mag. Roč. 44 (2008), s. 810-813.
Doležel, I. - Karban, P. - Ulrych, B. - Pantelyat, M. - Matyukhin, M. - Gontarowskiy P.: Numerical model of a thermoelastic actuator solved as a coupled contact problem. COMPEL. Roč. 36, č. 4, (2007), s. 1063-1072.
Kontaktní osoba: prof. Ing. Ivo Doležel, CSc., 286583069, dolezel@it.cas.cz
2.18 Aplikace mezomechanického přístupu k jevům tvarové paměti
- Ústav teoretické a aplikované mechaniky
Je prezentován přehled rozsáhlých možností aplikace autorovy mezomechanické koncepce na jevy tvarové paměti. Je zařazena nová aplikace, vypracovaná pro modelování dvoucestného jevu tvarové paměti. Základní myšlenkou této koncepce je popis vnitřní struktury materiálu jako soustavy dvou různých substruktur, z nichž jedna zůstává konzervativní, ve druhé probíhá disipativní proces. Je vysvětlena jednotná podstata různých metod trénování dvoucestné tvarové paměti. Je ukázáno jak a proč specifické druhy deformace vedou ke zlepšení nebo zhoršení dvoucestné tvarové paměti.
Kafka, V.: An overview of applications of the mesomechanical approach to shape memory phenomena - completed by a new application to two-way shape memory. Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 19(1) (2008), s. 3-17.
Kafka, V.: Shape memory of polymers: A mesoscale model of the internal mechanism leading to the SM phenomena. International Journal of Plasticity. 24(9) (2008), s. 1533-1548.
Kontaktní osoba: Ing. Vratislav Kafka, DrSc, kafka@itam.cas.cz
2.19 Měření pohybu materiálové struktury v mikrometrickém měřítku pomocí ?-radiografické techniky
- Ústav teoretické a aplikované mechaniky
Práce zabývající se funkčností a integritou komponent vyžadují informace o mikrostruktuře a mechanickém chovaní použitého materiálu. V této souvislosti je třeba sledovat pole posunutí zatěžovaného materiálu. I když se jedná o vcelku běžnou úlohu, novou výzvou je měření v mikrometrickém měřítku v blízkém okolí čela trhliny za podmínek velkých deformací. Jedním ze slibných přístupů je pozorování materiálové mikrostruktury a mechanického chování simultánně s použitím mikroradiografické techniky. Obecně je k měření pole posunutí třeba nějakých značek, jejichž pohyb je možné během zatěžování sledovat. Radiografické techniky zabývající se mechanickým chováním slitin či kompozitů mohou těžit z jejich přirozené mikrostruktury, kterou lze využít jako přirozenou síť značek.
Vavřík, D. - Jakůbek, J. - Holý, T.: Micrometric scale measurement of material structure moving utilizing ?-radiographic technique. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. A 591 (2008), s. 24-27.
Kontaktní osoba: Ing. Daniel Vavřík, PhD, vavrik@itam.cas.cz
2.20 Zavěšený most zatížený pohyblivým zatížením a pohybem podpor při zemětřesení
- Ústav teoretické a aplikované mechaniky
Vyšetřuje současné působení pohyblivého zatížení a vertikální pohyb podpor. Vychází se z parciální integro-diferenciální rovnice, která se převádí na obyčejnou diferenciální rovnici, jež se řeší analyticky a posléze numericky. Metoda je aplikována na projektovaný největší most na světě, Messina Bridge se středním polem o délce 3,3 km, který spojuje italskou pevninu s ostrovem Sicílie. V práci se studuje vliv rychlosti pohybu zatížení a vliv časového zpoždění seismicity vzhledem k čelu řady pohyblivých sil. Největší odezva nosníku se očekává v okolí jeho podpor.
Frýba, L. - Yau J.D.: Suspended bridge subjected to moving loads and support motions due to earthquake. Jour. Sound and Vibration. 319 (2009), s. 218-227.
Zavěšený most zatížený pohyblivým zatížením a pohybem podpor při zemětřesení
Schematické znázornění zavěšeného mostu s pohyblivým zatížením P a zrychlením v podporách a(t).
Kontaktní osoba: Prof. Ing. Ladislav Frýba, DrSc., fryba@itam.cas.cz
