Přejít na hlavní stránku Přejít na hlavní stránku

Vaše brána do světa aplikované nanotechnologie a plazmové úpravy materiálů.

[Česky][English]
Kontakty

Kontakní centrum NANOcontact

Masarykova univerzita
Přírodovědecká fakulta
Kotlářská 2
611 37 Brno
Telefon: 
(+420) 549 498 677
Email:
[nanocontact    physics.muni.cz]

Proč se rozhodnout studovat fyziku na PřF MU

Student oboru fyzika na Přírodovědecké fakultě MU získá v rámci základního kurzu fyziky a dalších předmětů velmi dobré teoretické i experimentální znalosti z různých oblastí fyziky, jako je např. klasická mechanika, teorie elektromagnetického pole, optika, kvantová fyzika, statistická fyzika, termodynamika, fyzika pevných látek nebo fyzika plazmatu. K tomu přistupují znalosti matematiky, numerických metod a statistického zpracování výsledků měření nezbytné pro praktické řešení problémů v aplikační praxi.

Podrobné informace o fyzikálních pracovištích Přírodovědecké fakulty MU, o výuce, výzkumných projektech apod., najdete na těchto webových stránkách:

domovská stránka PřF MU:                    http://www.sci.muni.cz/

Ústav fyziky kondenzovaných látek:     http://www.sci.muni.cz/cz/UFKL/

Ústav fyzikální elektroniky:                    http://www.sci.muni.cz/cz/UFE/

Ústav teoretické fyziky a astrofyziky:    http://www.sci.muni.cz/cz/UTFA/

Kde se může absolvent fyziky uplatnit

Absolventi fyziky naleznou uplatnění všude tam, kde se předpokládá dobrá znalost různých experimentálních technik fyziky s důrazem na praktické aplikace. Absolvent oboru fyzika nemá například tolik konkrétních poznatků o jednotlivých slitinách používaných v leteckém průmyslu nebo nezná detailně různé druhy zkoušek a norem pro stavební materiály, ale znalost obecných principů, vztahů a souvislostí mu umožní, aby si po příchodu na konkrétní pracoviště rychle potřebné detailní znalosti osvojil.

Fyzika v technických oborech poskytuje potřebný nadhled, sjednocující a systémový pohled a přístup. Fyzik se uplatní tam, kde je třeba vysokoškolsky vzdělaný pracovník s univerzálním fyzikálním vzděláním, schopný velmi rychle se přizpůsobit řešení daných problémů a aplikovat své znalosti, tedy například v průmyslu, ve vývoji, v aplikovaném výzkumu, v laboratořích a zkušebnách firem, při certifikaci výrobků, v metrologii a jinde. Absolvent fyziky má často i určitý náskok před svými kolegy - techniky, protože při studiu fyziky pozná jevy, které do technických aplikací teprve začínají pronikat.

Fyzikální výzkum a průmyslová praxe

Základní badatelský výzkum v oblasti fyziky se provádí v ústavech Akademie věd nebo na fyzikálních katedrách a ústavech fakult českých univerzit. Jednotlivé obory fyziky však postupně přestávají být čistě akademickými obory a zejména v posledních letech se stále více uplatňují v technické a průmyslové praxi. Pokud se ohlédneme zpět do historie, zjistíme, že úzké spojení fyziky s technickou praxí není vlastně žádný nový jev a že takový vývoj je vlastně naprosto přirozený.

Fyzikální poznatky se využívaly k řešení praktických problémů ji od starověku. Připomeňme si v této souvislosti například, jak Archimédés využil svých poznatků o vztlakové síle působící na těleso ponořené do kapaliny ke zjištění, zda zlatá koruna krále Hieróna II.je skutečně zhotovena z ryzího zlata, nebo Archimédův šroub, který se k čerpání vody používá dodnes např. v podobě šnekových šroubů v čistírnách odpadních vod.

Vývoj parních strojů v 18. a 19. století přinesl potřebu se podrobněji zabývat souvislostmi mezi teplem a mechanickou prací, zmiňme se např. o první, druhé a třetí větě termodynamické nebo o Carnotově cyklu. Výzkumy v této oblasti přispěly k rozvoji termodynamiky a později i statistické fyziky. Dnes jsou poznatky z tzv. technické termodynamiky nezbytné v různých oborech strojírenství.

Byli to fyzikové, kdo v 18. a 19. století postupně objevovali elektrické a magnetické jevy a jejich vzájemné vztahy a souvislosti (Volta, Farady, Oersted, Ampere, Maxwell, Heaviside a jiní). Právě jejich práce vedly k tomu, že v osmdesátých letech 19. století byly v podstatě položeny základy dnešní silnoproudé elektrotechniky. Maxwellova teorie elektromagnetického pole předpověděla existenci elektromagnetických vln, další výzkumy v tomto směru směřovaly k počátkům radiotechniky. Elektrotechnika, elektronika, sdělovací technika aj. jsou dnes už samostatné technické obory, ovšem těsná souvislost s fyzikou v této oblasti se stále zřetelně projevuje. Není to např. tak dávno, co se z fyzikálních laboratoří do praktického dostaly terahertzové technologie nebo metamateriály, jejichž výzkum stále ještě pokračuje.

Výzkum tzv. katodového záření na přelomu 19. a 20. století vedl ke konstrukci rentgenu, jehož význam pro lékařství nebo pro studium struktury látek není třeba podrobněji popisovat. Významný kvalitativní pokrok v této oblasti se uskutečnil v 80. letech 20. století, kdy byl zkonstruován první počítačový tomograf, dnes dobře známé CT (computer tomography), přístroj, který najdeme téměř v každé větší nemocnici.

Základy kvantové fyziky položili v prvních dvou desetiletích 20. století Planck, Bohr, Schrödinger a Heisenberg. Bez znalostí fyziky mikrosvěta by byl nepředstavitelný rozvoj dnešních nanotechnologií.

Fyzika a technické obory

Fyzika má ve srovnání s technickými obory jednu význačnou vlastnost. Zatímco technická řešení se postupem času vyvíjejí a mění, základní fyzikální zákony, principy a poznatky přetrvávají (jistě, jde o přírodní zákony) a nacházejí nové technické aplikace. Uveďme opět několik příkladů z historie.

Newtonovo stěžejní dílo, v němž byly zformulovány základní zákony klasické mechaniky, se ještě nazývalo Philosophiae naturalis principia mathematica. Teprve v průběhu 17. a 18. století se totiž fyzika postupně vydělovala z přírodní filozofie a začala se formovat jako samostatný vědní obor. Klasická mechanika je i v současnosti nezbytným teoretickým základem dalších fyzikálních oborů. Zdokonalené a rozvinuté metody klasické mechaniky se dnes využívají v astronomii při výpočtech pohybů planet, komet, asteroidů a v neposlední řadě i umělých družic. Klasická mechanika je schována v základech statických výpočtů ocelových nebo betonových konstrukcí, které velmi dobře ovládají strojní nebo stavební inženýři - statici. Teorie mechanického kmitání umožňuje modelovat chvění strojů. Renesanci v současné době prožívá teorie setrvačníků, které se stále více využívají nejen pro svoji stabilizační schopnost, ale zejména pro svoji schopnost akumulovat energii, resp. dodat velké množství energie. Poměrně mladým oborem, zařazovaným do mechaniky, je teorie deterministického chaosu.

Zdrojem elektronů ve vakuových elektronkách vyvinutých na přelomu 19. a 20. století a používaných až do 60. let 20. století byla přímo nebo nepřímo žhavená katoda, z níž vyletovaly elektrony do vakua uvnitř skleněné baňky, a jejich pohyb byl dále řízen elektrickým polem soustavy elektrod. Klasické vakuové elektronky už dnes vymizely, avšak samotný jev, termoelektrická emise, je stále využíván např. ve speciálních mikrovlnných elektronkách nebo u katod elektronových mikroskopů. A není to jen tento jev, ale i další podobné jevy označované jako studená emise, polní emise nebo tunelová emise.

V roce 1947, kdy byl v Bellových laboratořích předveden první tranzistor, a v 50. letech 20. století, se k výrobě prvních polovodičových diod a tranzistorů používala tzv. slitinová technologie. Dnes už tato technologie zmizela v propadlišti času, ale dioda nebo tranzistor v moderních integrovaných obvodech pracují stále na základě stejných fyzikálních principů tak, jak je počátkem 50. let popsali ve svých odborných článcích Shockley nebo Alferov a Kroemer.

Fyzik se dovede podívat na zadaný problém netradičním způsobem a najít třeba neočekávané, ale správné řešení. Když v roce 1986při startu explodoval raketoplán Challenger, byl členem vyšetřovacího týmu, který měl objasnit příčinu katastrofy, také Richard Feynmann, mimo jiné autor slavných Feynmann´s lectures on Physics a tvůrce kvantové elektrodynamiky. A byl to právě on, kdo upozornil, že těsnicí pryž vlivem nízké teploty kapalného kyslíku ztratila svoji pružnost, stala se křehkou a drobivou a netěsnila.

Uplatnění absolventů fyziky ve  vědeckém výzkumu

Během příštích dvou až tří let bude v Brně uvedeno do plného provozu několik významných vědecko-výzkumných center, v nichž najde uplatnění řada mladých vědeckých pracovníků:

CEITEC:      http://www.ceitec.cz/

NETME:      http://www.netme.cz/

ADMAST:   http://www.admas.vutbr.cz/

Nelze také opomenout již existující ústavy Akademie věd ČR:

Ústav přístrojové techniky AV ČR:        http://www.isibrno.cz/

Ústav fyziky materiálů AV ČR:                http://www.ipm.cz/index_cz.html


Teoreticky zaměření studenti by si měli uvědomit, že zajímavá teorie se dá dělat nejen v oboru teoretická fyzika, ale i v jiných oborech fyziky – např. ve fyzice pevných látek, při vývoji nových materiálů nebo při zkoumání interakce elektromagnetického záření s nejrůznějšími objekty a také ve všech oborech aplikované fyziky a aplikovaného výzkumu a vývoje kde se využívají počítačové simulace.

Uplatnění absolventů fyziky v  průmyslu

V současné době už existuje i v České republice řada firem, které mají zájem o absolventy s fyzikálním vzděláním, i když v nabídkách zaměstnání ne vždy označují nabízenou pozici jako „fyzik“, ale mluví třeba o pozici systémového inženýra. Absolvent fyziky má velmi dobrou šanci se uplatnit tam, kde jsou důležité mezioborové vztahy a znalosti.

 

Materiálové inženýrství

Materiálové inženýrství je obor na hranici přírodních a technických věd. V elektrotechnice, ve strojírenství, ve stavebnictví a v mnoha dalších oborech se dnes stále více používají uměle připravené materiály s vlastnostmi, jaké běžně dostupné přírodní materiály nemají. Jsou to například různé kompozitní nebo granulované materiály, systémy tenkých vrstev, tzv. umělá dielektrika, magnetika a metamateriály, nové kovové slitiny, pokročilé keramické materiály, polymery, skla a mnoho dalších. Odborníci, kteří rozumějí souvislostem mezi strukturou materiálu a jeho základními fyzikálními vlastnostmi na jedné straně a vlastnostmi materiálu významnými pro jeho průmyslové využití na straně druhé, mají možnost získat atraktivní práci v nejrůznějších firmách.

Práci v oblasti materiálového inženýrství přímo v Brně nabízí např. významná mezinárodní firma

Honeywell:           http://www.honeywell.com/sites/cz/

Elektronová a iontová technika, elektronové mikroskopy

Studium fyziky poskytne znalost jevů a metod potřebných při vývoji elektronových mikroskopů, například:

- Emise elektronů z katody, termoemise nebo polní emise (field emission).

- Pohyb nabité částice v elektrickém poli, v magnetickém poli, v kombinaci obou polí, včetně relativistických korekcí a korekcí na vzájemnou interakci elektronů ve svazku.

- Elektrostatika a magnetostatika, výpočty a modelování elektrického a magnetického pole s rotační symetrií, návrh magnetických čoček, studium optických vad čoček atd.

- Interakce elektronů s pevnou látkou – s preparátem, vznik sekundárních elektronů a záření a z toho odvozené analytické metody

- Fyzikální principy moderních analytických metod, jak např. tunelovací mikroskopie, AFM aj.

- TEM, SEM, STEM, AFM a další

V Brně existují tři významné firmy s mezinárodní působností a Ústav přístrojové techniky AV ČR:

TESCAN:                            http://www.tescan.com/

FEI COMPANY:                  http://www.fei.com/

DELONG INSTRUMENTS:http://www.dicomps.com/

ÚPT AV ČR:

Fyzika polovodičů a polovodičových součástek

V této oblasti se dají uplatnit znalosti z fyziky polovodičů a fyzikálních principů polovodičových součástek např. při výrobě křemíkových monokrystalů nebo při návrhu, výrobě a testování polovodičových součástek a integrovaných obvodů. Trvale žádným a „nedostatkovým zbožím“ je tzv. „device engineer“, tj. člověk, který je schopen popsat polovodičovou součástku na mikroskopické úrovni, který se vyzná v pohybu elektronů a děr ve složité polovodičové struktuře, který dokáže odvodit souvislosti mezi parametry výchozího polovodičového materiálu, topologií struktury a výslednými elektrickými parametry součástky.

V Rožnově pod Radhoštěm má jeden ze svých závodů americká firma ON Semiconductor se sídlem ve Phoenixu v Arizoně. Rožnovský závod má svoji pobočku v Brně. Firma Solartec se sídlem v Rožnově pod Radhoštěm se zabývá vývojem a výrobou solárních panelů

ON Semiconductor:            http://www.onsemi.com/PowerSolutions/content.do?id=15000

Solartec:     http://www.solartec.cz/cs.html

Fyzika nanostruktur

Fyzikové zužitkují svoje znalosti kvantové fyziky, statistické fyziky, teorie elektromagnetického pole a optiky, najdou uplatnění ve výzkumu a vývoji i v průmyslové praxi. Nanotechnologie jsou oborem, kde se úzce prolíná fyzika, chemie, biologie a technické obory, zejména materiálové inženýrství, elektronová optika, nanoelektronika a další.

Podrobné informace o výzkumných institucích a firmách, které se zabývají nanotechnologiemi, jsou na této webové stránce:

http://www.nanotechnologie.cz/search.php?rsvelikost=sab&rstext=all-phpRS-all&rstema=3

Fyzika a metrologie, zkušebnictví

Tuto oblast pro fyziky jistě zajímavou v Brně zastupuje

 Český metrologický institut:              http:      http://www.cmi.cz/

Činnost institutu se zaměřuje na tři základní oblasti:

- fundamentální metrologie, která se zabývá soustavou měřicích jednotek a státními etalony;

- legální metrologie, která zabezpečuje jednotnost a správnost měření v regulované sféře podle platné právní úpravy;

- průmyslová metrologie, zaměřená na obsluhu měřidel v průmyslu, zajišťující předpoklady pro dosažení vysoké jakosti výrobků a služeb v širokém oboru měření a zkoušení.

Optika a laserová technika

Studenti získávají znalosti v geometrické, fyzikální a difraktivní optice, kvantové fyzice a elektronice, ve fyzice pevných látek a tenkých vrstev a v oblast studia optických vlastností pevných látek a tenkých vrstev ve viditelné, infračervené a blízké ultrafialové oblasti. Absolventi mohou najít uplatnění jako teoretičtí i experimentální pracovníci v široké oblasti výzkumu a vývoje, neboť optické metody měření jsou stále žádanější. Mohou se uplatnit i v institucích pro kontrolu měření, v průmyslu, komunikacích, zdravotnictví, apod.

Meopta Přerov:           http://www.meopta.cz/cz/

Nabízí uplatnění např. v oblasti optoelektroniky a polovodičů, při výrobě tenkovrstvých vodivých panelů,  různých typů světlovodů a světlovodních systémů, mikroskopů, dalekohledů, systémlů pro bezkontaktní optické měření apod.

Visteon-Autopal Nový Jičín:               http://www.visteon.com/index.html

V rámci Technického centra světelné techniky se uplatní fyzik/inženýr optiky, jehož pracovní náplní bude  návrh optických funkcí výrobků světelné techniky pro automobilový průmysl s využitím CAD programů,  zodpovědnost za fotometrickou kvalitu daného výrobku, vyhodnocování a udržování optické kvality výrobků, řešení operativních úkolů souvisejících s požadavky zákazníka.

Výroba krystalů

Crytur Turnov:          http://www.crytur.cz/

Firma vyrábí krystaly a speciální materiály pro nejrůznější účely (např. detektory gama záření, detektory pro elektronovou mikroskopii, scintilační materiály, krystaly pro pevnolátkové lasery, speciální skla, speciální optické prvky apod.

Laserová technika a elektronika

Absolvent fyziky má potřebné znalosti z kvantové fyziky, elektrodynamiky, laserové techniky, optiky a fyziky pevných látek, má přehled o moderních aplikacích laserů. Uplatní se všude, kde se lasery vyrábějí nebo používají, a to jak v oblasti výzkumu a vývoje, tak i průmyslu, zdravotnictví nebo v dalších oborech.

Plazmové technologie a úprava povrchů materiálů

Plazmové technologie se používají např. k deponování nanokompozitních povlaků nejrůznějších na nejrůznější materiály, povrchy nástrojů apod. s cílem zlepšit jejich odolnost, tvrdost.

SHM Šumperk -  svět tvrdých a supertvrdých materiálů:               http://www.shm-cz.cz/

S.A.M. - metalizační společnost v Brně:     http://www.sammetal.cz/

Surface Treat v Turnově:                             http://www.surface-treat.com/

Yaryk

16. 5. 2012 16:46