stdClass Object
(
[nazev] => Laboratoř anorganických materiálů
[adresa_url] =>
[api_hash] =>
[seo_desc] =>
[jazyk] =>
[jednojazycny] =>
[barva] => cervena
[indexace] => 1
[obrazek] =>
[ga_force] =>
[cookie_force] =>
[secureredirect] =>
[google_verification] => UOa3DCAUaJJ2C3MuUhI9eR1T9ZNzenZfHPQN4wupOE8
[ga_account] => UA-10822215-3
[ga_domain] =>
[ga4_account] => G-VKDBFLKL51
[gtm_id] =>
[gt_code] =>
[kontrola_pred] =>
[omezeni] => 0
[pozadi1] => 6_0868.jpg
[pozadi2] => 6_0868.jpg
[pozadi3] => 6_0868.jpg
[pozadi4] => 6_0868.jpg
[pozadi5] => 6_0868.jpg
[robots] =>
[htmlheaders] =>
[newurl_domain] => 'lam.vscht.cz'
[newurl_jazyk] => 'cs'
[newurl_akce] => '[cs]'
[newurl_iduzel] =>
[newurl_path] => 8548/20508/20509
[newurl_path_link] => Odkaz na newurlCMS
[iduzel] => 20509
[platne_od] => 31.10.2023 17:03:00
[zmeneno_cas] => 31.10.2023 17:03:44.722639
[zmeneno_uzivatel_jmeno] => Jan Kříž
[canonical_url] =>
[idvazba] => 25425
[cms_time] => 1713931626
[skupina_www] => Array
(
)
[slovnik] => stdClass Object
(
[logo_href] => /
[logo] => 
[logo_mobile_href] => /
[logo_mobile] =>
[google_search] => 001523547858480163194:u-cbn29rzve
[social_fb_odkaz] =>
[social_tw_odkaz] =>
[social_yt_odkaz] =>
[intranet_odkaz] => http://intranet.vscht.cz/
[intranet_text] => Intranet
[mobile_over_nadpis_menu] => Menu
[mobile_over_nadpis_search] => Hledání
[mobile_over_nadpis_jazyky] => Jazyky
[mobile_over_nadpis_login] => Přihlášení
[menu_home] => Domovská stránka
[aktualizovano] => Aktualizováno
[autor] => Autor
[paticka_budova_a_nadpis] => BUDOVA A
[paticka_budova_a_popis] => Rektorát, oddělení komunikace, pedagogické oddělení, děkanát FCHT, centrum informačních služeb
[paticka_budova_b_nadpis] => BUDOVA B
[paticka_budova_b_popis] => Věda a výzkum, děkanát FTOP, děkanát FPBT, děkanát FCHI, výpočetní centrum, zahraniční oddělení, kvestor
[paticka_budova_c_nadpis] => BUDOVA C
[paticka_budova_c_popis] => Dětský koutek Zkumavka, praktický lékař, katedra ekonomiky a managementu, ústav matematiky
[paticka_budova_1_nadpis] => NÁRODNÍ TECHNICKÁ KNIHOVNA
[paticka_budova_1_popis] =>
[paticka_budova_2_nadpis] => STUDENTSKÁ KAVÁRNA CARBON
[paticka_budova_2_popis] =>
[paticka_adresa] => Laboratoř anorganických materiálů
společné pracoviště VŠCHT Praha a
Ústavu struktury a mechaniky hornin AVČR, v.v.i.
Technická 5
166 28 Praha 6 – Dejvice
IČO: 60461373
DIČ: CZ60461373
Datová schránka: sp4j9ch
Copyright VŠCHT Praha 2014
Za informace odpovídá Oddělení komunikace, technický správce Výpočetní centrum
[paticka_odkaz_mail] => mailto:Vladislava.Tonarova@vscht.cz
[zobraz_desktop_verzi] => zobrazit desktopovou verzi
[social_fb_title] =>
[social_tw_title] =>
[social_yt_title] =>
[drobecky] => Nacházíte se: VŠCHT Praha – FCHT – Laboratoř anorganických materiálů
[api_obor_druh_B] => Bakalářský studijní obor
[charakteristika] => Charakteristika
[vice] => → více
[navaznosti] => Navazující studium v oborech
[uplatneni] => Uplatnění
[studijni_plan] => Studijní plán
[mene] => → méně
[api_obor_druh_N] => Navazující magisterský studijní obor
[vyucuje_se_na_ustavech] => Vyučuje se na ústavech:
[studijni_plan_povinne_predmety] => Povinné předměty
[studijni_plan_volitelne_predmety] => Povinně volitelné předměty
[api_obor_druh_D] => Doktorský studijní obor
[fakulta_FCHT_odkaz] => http://fcht.vscht.cz/
[fakulta_FCHT] => Fakulta chemicko-technologická
[zobraz_mobilni_verzi] => zobrazit mobilní verzi
[paticka_mapa_odkaz] =>
[nepodporovany_prohlizec] => Ve Vašem prohlížeči se nemusí vše zobrazit správně. Pro lepší zážitek použijte jiný.
[preloader] => Prosím počkejte chvíli...
[social_in_odkaz] =>
[hledani_nadpis] => hledání
[hledani_nenalezeno] => Nenalezeno...
[hledani_vyhledat_google] => vyhledat pomocí Google
[social_li_odkaz] =>
)
[poduzel] => stdClass Object
(
[20511] => stdClass Object
(
[obsah] =>
[poduzel] => stdClass Object
(
[20515] => stdClass Object
(
[obsah] =>
[iduzel] => 20515
[canonical_url] => //lam.vscht.cz
[skupina_www] => Array
(
)
[url] =>
[sablona] => stdClass Object
(
[class] =>
[html] =>
[css] =>
[js] =>
[autonomni] =>
)
)
[20513] => stdClass Object
(
[obsah] =>
[iduzel] => 20513
[canonical_url] => //lam.vscht.cz
[skupina_www] => Array
(
)
[url] =>
[sablona] => stdClass Object
(
[class] =>
[html] =>
[css] =>
[js] =>
[autonomni] =>
)
)
[20514] => stdClass Object
(
[obsah] =>
[iduzel] => 20514
[canonical_url] => //lam.vscht.cz
[skupina_www] => Array
(
)
[url] =>
[sablona] => stdClass Object
(
[class] =>
[html] =>
[css] =>
[js] =>
[autonomni] =>
)
)
)
[iduzel] => 20511
[canonical_url] =>
[skupina_www] => Array
(
)
[url] =>
[sablona] => stdClass Object
(
[class] =>
[html] =>
[css] =>
[js] =>
[autonomni] =>
)
)
[20512] => stdClass Object
(
[obsah] =>
[poduzel] => stdClass Object
(
[20519] => stdClass Object
(
[nazev] =>
[seo_title] => Laboratoř anorganických materiálů
[seo_desc] =>
[autor] =>
[autor_email] =>
[obsah] => |
Laboratoř anorganických materiálů (LAM) je společným pracovištěm Vysoké školy chemicko-technologické v Praze a Ústavu struktury a mechaniky hornin AVČR, v.v.i. Činnost LAM pokrývá rovnoměrně oblast výuky a základního i aplikovaného výzkumu.
|
|
|
Tavicí prostor pro vitrifikaci radioaktivních materiálů |
|
|
Pro studenty
|
|
Bublina ve skle s kondenzátem Na2SO4 |
Laboratoř anorganických materiálů vznikla z původní Laboratoře pro chemii a technologii silikátů ČSAV a VŠCHT založené v roce 1961. V roce 2012 se Laboratoř transformovala na společné pracoviště VŠCHT Praha a ÚSMH AVČR, v.v.i. Pracoviště spolupracuje s materiálově zaměřenými ústavy školy, zejména s Ústavem skla a keramiky. Kromě laboratoří VŠCHT Praha (budova A, místnost A04) pracujeme rovněž v prostorách Ústavu struktury a mechaniky hornin AV ČR, v.v.i., V Holešovičkách 41, 180 00 Praha 8.
Obrázek ukazuje rozložení teplot na hladině tavicího zařízení
[urlnadstranka] => [iduzel] => 20520 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /o-ustavu [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_submenu [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [20521] => stdClass Object ( [nazev] => Studium [seo_title] => Studium [seo_desc] => [autor] => [autor_email] => [obsah] =>|
V pedagogické oblasti se podílíme na výuce bakalářského studijního oboru Chemie a technologie materiálů, magisterského studijního oboru Anorganické nekovové materiály a doktorského studijního oboru Chemie a technologie anorganických materiálů. |
|
 |
|
|
Výsledek matematického modelu proudění v tavicím prostoru - příčný řez ukazující vznik spirálovitého proudění, které umožňuje zvýšit účinnost tavicího procesu. |
Obrazová analýza - měření změn rozměrů bubliny v tavenině. |
Výzkumná témata |
Tavicí procesy a jejich modelování |
Nové koncepty tavicího procesu skel |
|||
|
|
Matematické modelování je dnes již tradičním postupem zkoumání tavicího procesu skel. Metodami CFD ... |
|
Nově zavedená relativní veličina – využití tavicího prostoru – kvantitativně hodnotí tavicí děje v kontinuálním prostoru. | |
Vývoj nových typů křišťálových a barevných skel |
Materiály pro fotoniku a optoelektroniku |
|||
|
|
Výzkum sleduje eliminaci oxidů toxických prvků, zejména olova a barya. Složení navrhovaných skel je optimalizováno ... |
|
S rozvojem techniky přichází stalé další a další požadavky na nové materiály. Stejně tak je tomu i v oboru optiky, ... |
|
Výzkum procesů při vitrifikaci jaderného odpadu |
||||
 |
Řešení problému zpracování a imobilizace ohromného množství jaderného odpadu, které je dědictvím výroby plutonia do atomových zbraní, je aktuální otázkou... | |||
Experimentální metodiky
|
|
|
Pracoviště VŠCHT Praha |
Pracoviště ÚSMH AVČR |
|
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Laboratoř anorganických materiálů Technická 5 166 28 Praha 6
Tel. +420 22044 5192 (l. 4318, 5195) E-mail: Jaroslav.Klouzek@vscht.cz |
Ústav struktury a mechaniky hornin AVČR, v.v.i. Laboratoř anorganických materiálů V Holešovičkách 41 180 00 Praha 8
Tel. +420 266009 421 (l. 423) |
| Jak se k nám dostanete: Metrem trasy "A" do stanice Dejvická, výstup směr vysoké školy. |
Jak se k nám dostanete: Metrem trasy "C" do stanice Holešovice, výstup směr Kobylisy, Prosek a autobusem 102, 210 do zastávky Vychovatelna. Nebo metrem do stanice Palmovka, trasa výstup Divadlo pod Palmovkou a tramvají 10, 24 nebo 25 do zastávky Vychovatelna. |
Nemáte přístup k obsahu stránky.
Zkontrolujte, zda jste v síti VŠCHT Praha, nebo se přihlaste (v pravém horním rohu stránek).
[urlnadstranka] => [iduzel] => 10947 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /[error403] [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_ikona [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [1485] => stdClass Object ( [nazev] => Stránka nenalezena [seo_title] => Stránka nenalezena (chyba 404) [seo_desc] => Chyba 404 [autor] => [autor_email] => [obsah] =>Chyba 404
Požadovaná stránka se na webu (již) nenachází. Kontaktuje prosím webmastera a upozorněte jej na chybu.
Pokud jste změnili jazyk stránek, je možné, že požadovaná stránka v překladu neexistuje. Pro pokračování prosím klikněte na home.
Děkujeme!
[urlnadstranka] => [ogobrazek] => [pozadi] => [iduzel] => 1485 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /[error404] [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) ) [iduzel] => 20512 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => [html] => [css] => [js] => [autonomni] => ) ) [519] => stdClass Object ( [nadpis] => [data] => [poduzel] => stdClass Object ( [61411] => stdClass Object ( [nadpis] => [apiurl] => https://studuj-api.cis.vscht.cz/cms/?weburl=/sis [urlwildcard] => cis-path [iduzel] => 61411 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /sis [sablona] => stdClass Object ( [class] => api_html [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) ) [iduzel] => 519 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => [html] => [css] => [js] => [autonomni] => ) ) ) [sablona] => stdClass Object ( [class] => web [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) [api_suffix] => )DATA
stdClass Object
(
[nazev] =>
[seo_title] => Výzkum
[seo_desc] =>
[autor] =>
[autor_email] =>
[obsah] =>
Výzkumná témata |
Tavicí procesy a jejich modelování |
Nové koncepty tavicího procesu skel |
|||
|
|
Matematické modelování je dnes již tradičním postupem zkoumání tavicího procesu skel. Metodami CFD ... |
|
Nově zavedená relativní veličina – využití tavicího prostoru – kvantitativně hodnotí tavicí děje v kontinuálním prostoru. | |
Vývoj nových typů křišťálových a barevných skel |
Materiály pro fotoniku a optoelektroniku |
|||
|
|
Výzkum sleduje eliminaci oxidů toxických prvků, zejména olova a barya. Složení navrhovaných skel je optimalizováno ... |
|
S rozvojem techniky přichází stalé další a další požadavky na nové materiály. Stejně tak je tomu i v oboru optiky, ... |
|
Výzkum procesů při vitrifikaci jaderného odpadu |
||||
|
Řešení problému zpracování a imobilizace ohromného množství jaderného odpadu, které je dědictvím výroby plutonia do atomových zbraní, je aktuální otázkou... | |||
Experimentální metodiky
|
|
|
Matematická simulace tavicího procesu |
||
|
|
Matematické modelování je dnes již tradičním postupem zkoumání tavicího procesu skel. Metodami CFD (Computed Fluid Dynamics) založenými na simulaci přenosu hmoty, hybnosti a energie se provádí výpočet rychlostních a teplotních polí taveniny v tavicím zařízení.Obrázek ukazuje vypočtené teplotní pole na hladině tavicího zařízení. |
|
Interakce částic s taveninami skel |
||
|
|
Plynné či pevné inkluze jsou nejčastější příčinou nepřijatelných vad výrobků a mohou nepříznivým způsobem ovlivnit provoz zařízení. Pro popis jejich chování v tavenině využíváme kombinaci experimentálních a matematických postupů. Experiment slouží k hledání mechanismů a řídících dějů interakcí, akvizici vstupních dat matematického modelu a k ověřování výsledků výpočtů. Matematický popis, jehož základem je sada diferenciálních rovnic popisující časovou změnu rozměru a složení částice je obvykle aplikován na již vypočtená rychlostní a teplotní pole taveniny. Na obrázku je sekvence z vizuální sledování změny rozměru bubliny, které používáme k ověřování matematického popisu interakce bublin s taveninou. |
|
Nukleace bublin |
||
 |
Metody vysokoteplotního sledování a analýzy obrazu byly použity ke stanovení teploty, při které se nukleují bubliny na platinovém drátku ponořeného do taveniny skla. Bubliny, které rostly v průběhu pomalého lineárního nárůstu teploty, byly identifikovány a byl měřen jejich průměr. Získaná závislost mezi průměrem bublin a teplotou byla extrapolována na nulovou velikost příslušných bublin a tak stanovena teplota nukleace. → Videozáznam experimentu |
|
Chemické reakce uvolňující plyny do taveniny |
||
 |
Zejména reakce sloučenin síry s redukčními či oxidačními činidly ovlivňují nukleaci a separaci bublin, pěnění taveniny a rozpouštění zrn vstupních surovin. Ovlivňováním průběhu reakcí lze optimalizovat kinetiku tavicího procesu. |
|
Koroze žáromateriálů taveninami skel |
||
 |
Izotermní statické nebo dynamické korozní testy sledují mechanismus a kinetiku korozních dějů, hodnotí změny mikro-struktury žáromateriálů a předpovídají množství vzniklých vad ve skle – šlír a krystalických vměstků. Obr. vlevo ukazuje uspořádání statického trámečkového testu. Obr. vpravo dokládá změnu mikrostruktury žáromateriálu vlivem koroze alkalickou taveninou - přeměnu zrna mullitu za tvorby sekundárního tabulkovitého korundu. |
|
Elektrochemické děje na rozhraní elektricky vodivých materiálů a roztavené skloviny |
||
|
|
Jsou studovány příčiny a mechanizmus koroze, vývoje bublin a uvolňování kondenzovaných reakčních produktů na rozhraní materiálů, zejména molybdenu, platiny a materiálu na bázi oxidu cíničitého a skloviny. Metodicky je vedle monitorování potenciálu a přímého vyhodnocení úbytků využíváno zejména studium produktů na rozhraní metodou elektronové mikrosondy (obr. vlevo - SEM snímek vyloučeného Sb pod vrstvou Mo2S3 na Mo elektrodě ) a přímé vysokoteplotní pozorování dějů ve sklovině (obr. vpravo - Vývoj kyslíkových bublin na Pt elektrodách v boritokřemičité sklovině za průchodu el. proudu). |
|
Identifikace zdrojů bublin v průmyslových tavicích zařízeních |
||
|
|
Pro předpokládané zdroje se laboratorním měřením stanoví distribuce velikostí, složení a frekvence uvolňování bublin do taveniny a vytváří se tak znalostní báze dat. Experimentální hodnoty tvoří okrajové podmínky matematického modelu chování bublin v daném zařízení. Porovnání analýz vad výrobků, hodnot ze získané databáze a výsledků modelů umožňuje lokalizovat zdroj vady. Obrázky ukazují příklady experimentální sledování zdrojů bublin – stanovení rozdělení velikostí a počtu bublin uvolňovaných ze žáromateriálů na dně a stěnách tavicího zařízení (vlevo) nebo z rozhraní mezi vsázkou a taveninou (vpravo). |
|
Vybrané publikace |
||
|
||
V Hanfordu, na severozápadě USA ve státě Washington, je v podzemních nádržích uskladněno více než 200.000 m3 radioaktivního odpadu, který je vedlejším produktem výroby plutonia během II. světové a následně studené války. Tento odpad je uskladněn ve 177 stárnoucích podzemních tancích, z nichž více jak 60 už má problémy s průsaky, které vedou ke kontaminaci podzemí a ohrožují řeku Columbia, druhou největší řeku pacifického pobřeží Severní Ameriky.
Za účelem zpracování a stabilizace radioaktivního odpadu se nyní v Hanfordu staví vitrifikační továrna (Waste Treatment Plant – WTP). V té se, zjednodušeně řečeno, radioaktivní odpad smísí s látkami tvořícími sklo, roztaví se při 1150° C v elektrické peci a vzniklé sklo se nalije do ocelových kontejnerů, kde sklo zchladne a ztuhne. Ve formě skla je pak radioaktivní odpad stabilní a odolný vůči svému okolí, a po jeho uskladnění v podzemním úložišti tak bude po další stovky až tisíce let docházet pouze k bezpečnému vyzařování a poklesu radiace.
Ačkoliv je vitrifikace radioaktivních odpadů už odzkoušená a v podstatě zvládnutá technologie, ještě nikdy nebyla použita v takovém rozsahu a na tak komplexní odpad, jaký je skladován v Hanfordu. Vitrifikační továrna je tak obrovským inženýrským oříškem, a jedním z celosvětově nejnáročnějších asanačních projektů. Jen továrna na předzpracování a separaci odpadů na nízko a vysoce radioaktivní odpad má půdorys 165 x 65 metrů, a je 12 podlaží vysoká.
V rámci této mezinárodní spolupráce se v naší laboratoři zabýváme vývojem modelu pro tavení odpadního kmene (směs jaderného odpadu s látkami tvořícími sklo) v tavicí peci. Pomocí našeho modelu bude možné spočítat rychlost tavení, a vlastně vůbec optimalizovat celý tavicí proces.
Vybrané publikace
Pokorný R., Hilliard Z., Dixon D., Schweiger M., Guillen D., Kruger A., Hrma P. (2015). One-Dimensional Cold Cap Model for Melters with Bubblers. Journal of the American Ceramic Society, 98, 3112-3118.
Lee, S., VanderVeer, B. J., Hrma, P., Hilliard, Z. J., Heilman-Moore, J. S., Bonham, C. C., Pokorny, R., Dixon, D. R., Schweiger, M. J. and Kruger, A. A. (2017). Effects of Heating Rate, Quartz Particle Size, Viscosity, and Form of Glass Additives on High-Level Waste Melter Feed Volume Expansion. Jornal of the American Ceramic Society. doi:10.1111/jace.1462
[urlnadstranka] => [poduzel] => stdClass Object ( [59067] => stdClass Object ( [nadpis] => [iduzel] => 59067 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 38598 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /vyzkum/vyzkum-vitrifikace-jaderneho-odpadu [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [20736] => stdClass Object ( [nazev] => Nové koncepty tavicího procesu skel [seo_title] => Nové koncepty tavicího procesu skel [seo_desc] => [autor] => [autor_email] => [obsah] =>
Využití kontinuálního tavicího prostoru |
||
|
|
Byla zavedena nová relativní veličina – využití tavicího prostoru (u): u = v.τH/V (v - objemový průtok, τH - geometrická doba zdržení a V - objem reaktoru), která kvantitativně hodnotí hlavní tavicí děje v kontinuálním prostoru. Veličina u získaná matematickým modelováním v sobě zahrnuje mrtvé a nevyužité prostory pro proces. Současná zařízení mají hodnotu u menší než 0,1 z důvodu nevýhodného typu proudění. Modelování různých typů proudění v modelovém prostoru ukázalo, že lze dosáhnout hodnot využití až 0,8 nastolením určitého typu spirálovitého proudění (úměrné zvýšení výkonu a snížení tepelných ztrát). Nalezené příznivé výsledky modelování se přenášejí na reálné tavicí prostory a slouží rovněž k návrhům konstrukcí nových tavicích zařízení. |
|
Chování bublin v odstředivém poli |
||
 |
Při separaci bublin v odstředivém poli probíhají dva konkurenční děje: rozpouštění a odstřeďování. Odstřeďování je rychlejší děj za výhodných podmínek. Matematickým a experimentálním modelováním lze nalézt optimální podmínky procesu. Optimální podmínky lze aplikovat na taveniny jiných skel nebo na viskózní kapaliny za předpokladu podobného chování bublin. Obrázek představuje závislost mezi rychlostí rotace a dobou potřebnou k odstranění bubliny z taveniny. | |
Chování bublin za sníženého tlaku |
||
 |
Experimentální modelování v laboratorních podmínkách prokázalo, že při snížení vnějšího tlaku do rozmezí 20 – 40 kPa a při teplotách kolem 1300°C lze dosáhnout zhruba stejné intenzity čeřicího procesu odstaňování bublin jako v oblastech nejvyšších teplot klasických tavicích zařízení. Navíc je často možno značně omezit koncentraci ekologicky málo přijatelných čeřicích přísad. Obrázek vlevo ukazuje výsledky parametrické studie závislosti výkonu zařízení na teplotě a tlaku. |
|
Vybrané publikace |
||
|
||
Patenty |
||
|
||
Vývoj nových typů křišťálových a barevných skel |
||
|
|
Výzkum sleduje eliminaci oxidů toxických prvků, zejména olova a barya. Složení navrhovaných skel je optimalizováno z hlediska požadovaných technologických i užitkových vlastností. Barvy podmíněné oxidačně redukčním stavem skel lze předpovídat laboratorním sledováním, zejména elektrochemickým měřením v taveninách skel. Vyvíjejí se rovněž modely a laboratorně se sleduje vznik barev ve sklech jinými mechanismy, jako např. vylučování krystalů kovů ve skelných taveninách (Au, Ag a Cu rubín). Obrázek ukazuje TEM snímek krystalů zlata ve zlatém rubínu. |
|
Patenty |
||
|
||
Speciální skla pro fotoniku |
|
|
|
S rozvojem techniky přichází stalé další a další požadavky na nové materiály. Stejně tak je tomu i v oboru optiky, optoelektroniky (interdisciplinární obor zabývající se přenosem a zpracováním optických signálů) a dalších souvisejících oborech. Jak je vidět na schématu zjednodušeně popisující zkoumanou problematiku je možno speciální skla rozdělit do následujících základních skupin: Skla halogenidová často toxická, při přípravě těkají, citlivá na vlhkost; propouštějí záření v oblasti UV/VIS-MIR Skla chalkogenidová Přípravu nutno provádět v inertní atmosféře nebo ve vakuu (jinak reagují se vzdušným kyslíkem), často obsahují toxické složky (As); propouštějí záření v oblasti VIS/NIR-MIR Skla oxidů těžkých kovů problémy s čistotou produktů, velkou nevýhodou je zejména přítomnost OH- skupin způsobující silnou absorpci u vlnové délky 2,9 mm; propouštějí záření v oblasti VIS-NIR/MIR Skla směsná Například skla oxychloridová, chalkohalogenidová, …
|
|
Aplikace speciálních skel: |
|
Vybrané publikace |
||
|
Pro analýzu bublin se používá dynamický hmotově spektrometrický systém. Plyny uvolněné po rozlomení vzorku skla s bublinou proudí přes velmi úzkou definovanou štěrbinu do komory kvadrupólového analyzátoru, odkud je během několika sekund odčerpán vývěvami. Vzorky k měření se připravují řezáním , broušením a leštěním do tvaru trámečku s bublinou v jeho středu. Rozměry bubliny jsou stanoveny mikroskopem ve třech osách (při měření se zjišťuje také přítomnost kondenzátů v bublinách a případná přítomnost pevných částic v okolí bubliny). Z rozměrů bubliny se vypočte její objem potřebný k určení tlaku uvnitř bubliny. V bublinách v taveninách skel jsou nejčastějšími plyny N2, O2, Ar, CO, CO2, H2S, COS, H2 a vodní pára.
|
|
|
|
|
|
|
Vzorek skla pro analýzu plynů v bublinách |
Laboratorní pila pro přípravu vzorků |
 |
|
|
Systém GIA-707, výrobce Balzers |
|
Měřící aparatura je stejná jako v případě analýzy plynů rozpuštěných v taveninách. Analyzovaný vzorek vstupní směsi sklářských surovin je umístěn ve zkumavce z křemenného skla zasunuté v laboratorní trubkové peci. U dna zkumavky ústí kapilára z křemenného skla, kterou proudí helium. Teplota v peci se zvyšuje definovanou lineární rychlostí. Helium unáší uvolněné plyny do dávkovacích smyček plynového chromatografu. Výsledkem analýzy je teplotní závislost množství uvolněných plynů.
|
|
|
|
Analýza uvolněných plynů vsázky Na2O-CaO-SiO2 skla s přídavkem C a Na2SO4 |
|
Vzorek skla se obvykle zalívá do epoxidové pryskyřice. Po rozříznutí se plocha řezu přebrousí a vzorek se nalepí na mikroskopické sklíčko. Následuje řez plátku tloušťky 0,1-0,2 mm. Úprava povrchu vzorku pro mikroskopické pozorování zahrnuje broušení, lapování a leštění.
|
|
|
|
|
|
Vzorek skla po rozříznutí. |
Lepení na mikroskopické sklíčko. |
Plátkování na pile Accutom 50, výrobce Struers. |
|
|
|
Lapování a leštění povrchu vzorku na laboratorní brusce Rotopol 35. |
|
Polarizační mikroskopie si přes svou více jak 170ti letou tradici stále udržuje platné místo v oboru studia materiálů. Metoda využívá interakce polarizovaného světla s opticky anisotropními látkami, při které dochází k tzv. dvojlomu. Původní paprsek se po průchodu vzorkem rozdělí na dva nové, řádný a mimořádný, které jsou navzájem fázově posunuté (šíří se různou rychlostí) a kmitají v různých rovinách. V analyzátoru mikroskopu se oba paprsky složí do stejné roviny kmitu a jejich fázový posun se projeví vznikem interferenčních barev. Polarizační mikroskopii lze proto charakterizovat jako metodu zvýšení kontrastu mikroskopického obrazu. Použití však nachází i dnes jako doplňková metoda identifikace krystalických látek, např. měřením výše dvojlomu s použitím Berekova kompenzátoru.
|
|
|
|
Polarizační mikroskop Olympus BX 51P |
|
|
|
Michel-Lévyho stupnice interferenčních barev pro určování výše dvojlomu |
Při posuzování podmínek vzniku vad ve sklovině hraje velmi důležitou roli i tzv. redox stavu skloviny. Redox stav vyjadřuje vztah mezi vyššími a nižšími oxidačními formami iontů přechodných kovů, přítomných ve sklovině. Jedná se především o ionty železa, chrómu, barvících oxidů a dále čeřících přísad. Měření redox stavu umožňuje kontrolu výsledné barvy skloviny, jejího ohřívání i ochlazování (hodnota efektivní tepelné vodivosti) a průběhu odstraňování bublin (čeřící proces). Hodnota redox stavu skloviny je rovněž významným údajem při výpočtech rozložení oxidačně-redukčních složek ve sklářských tavících prostorech, při výpočtu chování bublin, významných pro optimalizaci čeřícího procesu a pro identifikaci zdrojů bublin. Komerčně dostupnou metodou měření redox stavu skloviny je systém Rapidoxâ Principem stanovení je elektrochemické měření rovnovážného napětí mezi referenční a měřící elektrodou. Měřící elektrodu tvoří Pt nebo Ir drát. Referenční elektroda je umístěna ve směsi Ni/NiO zaručující definovaný parciální tlak kyslíku. Vodivé spojení mezi měřenou taveninou a refereční směsí tvoří přepážka z oxidu zirkoničitého v kubické modifikaci. Z naměřené hodnoty elektromotorického napětí E (V) se za pomoci Nernstovy rovnice vypočte parciální tlak kyslíku:
kde: F - Faradayova konstanta (96 500 C) R - plynová konstanta (8,314 J mol-1K-1) T - absolutní teplota Tabulka 2 uvádí hodnoty parciálního tlaku kyslíku ve vybraných typech sklovin při teplotě 1200 °C.
Parciální tlak kyslíku v některých typech průmyslových sklovin při teplotě 1200 °C.
| Sklovina | pO2 (Pa) |
| float | 8000 |
| bílá obalová | 10000 |
| barnatý křišťál | 1000 |
| zelená obalová | 350 |
| amber | 5 x 10-4 |
|
|
|
|
Měřící systém Rapidox |
Měřící sonda |
|
Používáme systém LUCIA (Laboratory Universal Computing Image Analysis) vyvinutý firmou Laboratory Imaging. Analyzátor obrazu tvoří standardní osobní počítač se zabudovanou obrazovou kartou umožňující přímo snímat obrazový signál z videokamery nebo z videorekordéru. Při zpracování obrazu z mikroskopu nebo z vysokoteplotního sledování dějů v taveninách využíváme obvykle funkce měření délky a počtu a rozdělení velkosti částic.
|
|
|
|
Měření posunu rozhraní plyn-tavenina uvnitř nádobky z křemenného skla při stanovení difúzního koeficientu plynu v tavenině. |
|
Měření počtu a rozdělení velkostí bublin uvolňovaných ze žáromateriálu do taveniny:
|
|
|
|
Původní obrázek
|
|
|
|
Úprava kontrastu
|
|
|
|
Měření pole uvnitř měřícího rámečku
|
|
|
|
Výsledek měření |
|
Laboratorní pec s hermetickým topným prostorem umožňuje tavení vzorků v definované atmosféře v rozmezí tlaků 1-150 kPa při maximální teplotě 1400°C. Po vložení vzorku se probíhá několikanásobné opakované odčerpání a naplnění topného prostoru požadovaným plynem nebo směsí plynů. Během ohřevu plyn proudí topným prostorem. Při tavení v redukční atmosféře (vodík nebo jeho směs s dusíkem) se plyn na výstupu z prostoru spaluje vestavěným hořákem. |
|
|
|
|
Pneumatický posuv vzorků do topného prostoru. |
|
|
|
|
|
Laboratorní pec s řídící jednotkou. |
Schéma rozvodu plynů pro řízení atmosféry v topném prostoru |
|
Princip metody je zřejmý z obrázku 1. Plyn, jehož difúzní koeficient se měří se zavede platinovou trubičkou do válcovité nádobky z křemenného skla, která se nachází těsně nad hladinou roztaveného skla uvnitř optické kyvety umístěné v laboratorní peci. Nádobka se po naplnění plynem zasune pod hladinu taveniny. Absorpce plynu se indikuje vzestupem taveniny uvnitř nádobky, který je snímán videokamerou speciálním otvorem v boku laboratorní pece, viz obr. 2. K vyhodnocení měření se používá analyzátor obrazu, měřící vzdálenost rozhraní plyn-tavenina od horního konce nádobky.
|
|
|
Schéma experimentálního uspořádání metody 1 - kyveta s taveninou skla 2 - válcovitá měřící nádobka z křemenného skla 3 - držák měřící nádobky 4 - pohybující se rozhraní plyn-tavenina 5 - hladina taveniny uvnitř kyvety |
||
|
|
Pohyb rozhraní plyn-tavenina při měření difúzního koeficientu vodní páry sodno-vápenato-křemičité sklovině, teplota 1200 °C. a) 15000 s, b) 20000 s, c) 40000 s, d) 60000 s |
Stanovení rozpustností plynů v taveninách se skládá ze dvou kroků. V prvním kroku probíhá sycení taveniny čistým plynem. Po dosažení rovnováhy se tavenina rychle ochladí na pokojovou teplotu. Koncentrace rozpuštěného plynu je pak stanovena plynově chromatografickou metodou popsanou dále. Principem metody stanovení plynů rozpuštěných v tavenině skla je kontinuální extrakce vzorku proudem inertního plynu a následná chromatografická analýza uvolněných plynů. Analyzovaný vzorek skla ve formě trámečku s rozměry 5 x 5 x 10 mm je umístěn ve zkumavce z křemenného skla zasunuté v laboratorní trubkové peci vyhřáté na teplotu 1500 °C. U dna zkumavky ústí kapilára z křemenného skla, kterou proudí helium. Uvolněné plyny se zachycují v koncentrovací smyčce ponořené v kapalném dusíku. Po ukončení extrakce (60 minut) se smyčka rychle zahřeje ponořením do horkého oleje a přepojí do okruhu nosného plynu chromatografu. Metoda stanovení umožňuje současné stanovení oxidu uhličitého, kyslíku, dusíku a oxidu sírového. Ostatní ve skle rozpuštěné plyny, tzn. vodní páru, a případně argon, nelze v uvedeném uspořádání stanovit.
 |
|
|
Měřící aparatura pro analýzu plynů v taveninách |
Schéma sycení taveniny plynem |
|
Schéma aparatury pro stanovení plynů v taveninách
|
 |
|
Metoda využívá průhlednosti většiny skel ve viditelné oblasti (případně v blízké infračervené kolem 2 mm) i za tavicích teplot. Principem metody je sledování vzorku nacházejícího se v křemenné kyvetě a v laboratorní peci s průhledem. Průběh děje je sledován digitální videokamerou. Obrazový záznam se vyhodnocuje analyzátorem obrazu Lucia.Při sledování taveniny s bublinami se snímá buď přímo obraz vzniklý po roztavení vsázky, nebo se v již utavené a vyčeřené sklovině připravují vyfouknutím umělé bubliny, které se pak dále sledují. Metoda je využívána k vysokoteplotnímu pozorování tavicího procesu, čeřicích procesů, tvorbě pěny v tavenině, pozorováním hladiny lze získat informaci o chování pěny nebo o stabilitě bublin na hladině. Tato metoda se též používá ke stanovení teploty nukleace bublin. Teplota sekundární tvorby bublin (reboilu) je stanovována na základě přímého vizuálního sledování vzniku bublin na platinovém drátku ponořeného do skla. Teplota vzorku je zvyšována rychlostí 2°C/min. Pozorovaný růst vytvořené bubliny s teplotou je vyhodnocen analyzátorem obrazu a teplota reboilu je stanovena extrapolací na nulový rozměr bubliny. Další použití metody je sledování vývoje bublin ze žárovzdorných materiálů - korozní testy žárovzdorných materiálů. |
|
|
|
Schéma experimentální metody |
 |
 |
|
Uvolňování bublin ze žáromateriálu |
Vyhodnocení měření pomocí obrazové analýzy |
|
|
|
Sledování růstu a rozpouštění bublin |
