Fakulta elektrotechnická

České vysoké učení technické v Praze

ČVUT v Praze

Aplikace a diagnostika materiálů a nanomateriálů

Katedra elektrotechnologie, Technická 2, 166 27 Praha 6, tel. 224 352 214, fax. 224 353 949

Kdo jsme?

Ing. Karel Dušek, PhD.
Vedoucí týmu se specializuje především na problematiku pájení, vlastnosti olovnatých a bezolovnatých pájek. Studuje vliv tavidel na pájitelnost, vlastnosti a spolehlivost spojů, chyby spojů a jejich příčiny.

doc. Ing. Pavel Mach, CSc.
Zabývá se problematikou adhezního vodivého spojování v elektrotechnice, metodami optimalizace procesů pro elektroniku a diagnostikou a analýzou stárnutí materiálů.

Josef Sedláček
Je zaměřen na výzkum, vývoj a aplikaci diagnostiky vrstev na bázi plastů a keramicky. V současnosti se zabývá studiem vlastností velmi tenkých vrstev PP pod různým zatížením a jejich diagnostikou.

Prof. Ing. Václav Bouda, CSc.
Zabývá se nanotechnologiemi a nanomateriály s výzkumným zaměřením na výrobu biologicky inspirovaných transduktorů, zejména aktuátorů, senzorů a superkapacitorů s nanometrickými funkčními prvky.

doc. Ing. Václav Papež, CSc.
je zodpovědný za konstrukci zařízení pro zatěžování a měření základních parametrů včetně sledování nelinearity voltampérové charakteristiky vodivých spojů, kondenzátorů a dalších prvků v rozsahu DC až po mikrovlnnou oblast.

doc. Ing. Jan Kuba, CSc.
Šířeji se věnuje zkoumání vlivu magnetického pole na látky včetně biologických tkání a zaměřuje se zejména na výzkum a uplatnění magnetických kapalin v tepelných trubicích s řízeným transportem tepla.

doc. Ing. Jan Urbánek, CSc.
Je zaměřen na měkké pájení v elektronice, zejména otázky spojené se zaváděním ekologických pájek bez olova. Zabývá se hodnocením poruch a vad pájených spojů a technikami k jejich odhalování

Ing. Ivana Pelikánová, PhD.
specializuje se na vrstvové technologie, převážně na oblast výroby a vlastnosti tlustovrstvých odporových a vodivých vrstev. Zabývá se také hodnocením odolnosti vodivých lepených spojů.

Ing. David Bušek, PhD.
zabývá zjišťováním elektrických a termomechanických vlastností isotropně elektricky vodivých lepidel při aplikaci na různě upravené povrchy a na změnu elektrických parametrů po aplikaci klimatického a mechanického namáhání.

Ing. Roman Janiš
Je zaměřen na využití magnetických nanokapalin v praktických aplikacích. Zkoumá také vlastnosti uvedených kapalin za různých podmínek a jejich odolnost proti různým typům vnějšího zatěžování.

Ing. Martin Horák
Zabývá se sběrem dat z měření, stárnutím kondezátorů s plastovým dielektrikem (i za zvýšené teploty), konstrukcí a návrhem měřicích RLC můstků, realizací měřicích přípravků a HW vybavením.

Jakým výzkumem se zabýváme

Aplikacemi a diagnostikou materiálů a nanomateriálů v oblasti výkonové elektrotechniky a elektroniky. Jsme zaměřeni zejména na následující oblasti:

  • Elektricky vodivé propojování, kde se zabýváme problematikou bezolovnatých pájek a elektricky vodivých lepidel.
  • Problematiku výkonových kondenzátorů na bázi polypropylénového filmu, které vykazují .self healing. (samohojící) efekt. Zde se zabýváme otázkou jak samohojení a dlouhodobá pulzní expozice uvedených kondenzátorů ovlivní jejich životnost.
  • Magnetické nanokapaliny a jejich využitelnosti jako pracovní látky v tepelných trubicích, jejichž schopnost transportovat teplo (tepelnou vodivost) bude možné regulovat působením vnějšího magnetického pole.
  • Biologicky inspirované transduktory vyvinuté na bázi svalové buňky s účinností výrazně větší než klasické transduktory.

K čemu to je

Pájení a elektricky vodivé lepení patří mezi základní technologie používané v elektrotechnice s cílem vytvoření vodivého spojení mezi dvěma kovovými materiály pomocí pájecí slitiny nebo elektricky vodivého lepidla.

Výkonové polypropylenové kondenzátory jsou široce užívány v zařízeních výkonové elektroniky a pro konstruktéry uvedených zařízení je nezbytně nutná znalost dlouhodobého chování těchto součástek v různých expozičních podmínkách.

Magnetické nanokapaliny jsou moderní materiály s unikátními vlastnostmi. Myšlenka použít tyto kapaliny v tepelných trubicích s možností regulace účinnosti trubic magnetickým polem je velice zajímavá a otevírá možnost dalšího využití těchto zajímavých materiálů.

Biologicky inspirované transduktory jsou součástky, jejichž funkce do jisté míry kopíruje funkci svalové buňky, což výrazně zvyšuje jejich účinnost.

Na čem konkrétně pracujeme

V oblasti problematiky pájení se věnujeme sledování spolehlivosti pájených spojů s ohledem na jejich odolnost vůči mechanickým, klimatickým a elektrickým vlivům. Mimo jiné se zabýváme i nekonvenčními metodami pájení, kterými je možné kontaktovat kov na .exotické. substráty jako je například sklo nebo keramiku . takovéto aplikace jsou vyžadovány např. automobilovým průmyslem a vznikem, distribucí a minimalizací voidů v pájeném spoji.

Detekce voidů (dutin) v pájeném spoji na RTG snímku (vlevo), Diagnostika znečištění testovacích padů po in-circuit testu (uprostřed), Detail z měření lepených spojů (vpravo)

V oblasti PP kondenzátorů je cílem nalezení metodiky pro odhad životnosti uvedených součástek. Kondenzátory jsou stárnuté sinusovým proudem, příadně proudovými pulzy a jsou sledovány změny jejich základních vlasností (kapacita, ztrátový činitel). Navíc, a tento přístup je nový, je měřena nelinearita VA charakteristiky kondenzátorů. Nelinearita svědčí o degradaci elektrod a její značné změny se projeví již v počátku stárnutí.

Pracoviště pro měření nelinearity VA charakteristik, nelinearita je sledována na spektrálním analyzátoru (vlevo), Zařízení pro zatěžování vykonnových kondenzátorů sinusovým proudem (vpravo)

V oblasti použití magnetických nanokapalin jako náplně tepelných trubic se zabýváme teoreticky i experimentálně výzkumem vlastností těchto nanokapalin při teplotách blízkých teplotě okolí. Je také sledována možnost regulace transportních schopností tepla pomocí vnějšího statického magnetického pole.

V oblasti biologicky inspirovaných transduktorů jsou funkční vzorky připravovány technologií 3D-tisku. Pro simulaci elektromagnetických interakcí funkčních dílů transduktorů používáme vlastních zdrojů střídavého a stejnosměrného vysokého napětí do 30 kV, pulzních generátorů a speciálního generátoru s rotujícím diskem Polystat 1. Pro měření mechanické odezvy transduktorů jsou dispozici přesné analytické váhy. Jsou připravovány experimenty s využitím nanovláken, vyrobených elektrospinnigem nebo samovolným růstem kondenzací par ve vakuu.

Kdo financuje náš výzkum

  • MŠMT
  • Průmyslové subjekty
  • COST MP1003 European Scientific Network for Artificial Muscles (ESNAM)
  • PreSEED CZ.1.05/3.1.00/14.0301

S kým spolupracujeme

  • AV ČR, 1.LF UK Praha, VŠCHT Praha, VUT Brno, ZČU v Plzni, VŠB v Ostravě, TU Liberec, MU Brno
  • TU Košice
  • TU Dresden
  • TU Budapest
  • TU Bucurest
  • TU Viena
  • Portland State University
  • ES pro elektroaktivní polymery EuroEAP

Vybrané publikace

  • Rudajevová, A., Dušek, K.: Study of Undercooling and Recalescence During Solidification of Sn 62.5 Pb 36.5 Ag 1 and Sn 96.5 Ag 3 Cu 0.5 Solders in Real Electronic Joints. Journal of Electronic Materials. 2014, vol. 43, p. 2479-2486. ISSN 0361-5235.
  • Barto, Seba - Mach, Pavel: Analysis of the Curing Process of Electrically Conductive Adhesives Using Taguchi Approach and Full Factorial Experiments Approach. In: Arabian Journal for Science and Engineering, 2014, Vol. 39, p. 4935-4944. ISSN: 1319-8025
  • Bouda, V. - ČVUT-FEL: Japan Patent 5380076 Bio-inspired Biomechanical Transducer. Date of registration October 4, 2013
  • Dušek, K., Vlach, J., Brejcha, M., Hájková, L., Žák, P. - et al.: Influence of Humidity on Voids Formation inside the Solder Joint. Advanced Science, Engineering and Medicine. 2013, no. 5, p. 543-547. ISSN 2164-6627.
  • P. Mach, V. Papež and D. Bušek: Current Loading of Adhesive Joints Aged in Environment with High Humidity. Advanced Science, Engineering and Medicine, 2013, Vol. 5, No. 6, pp. 581-584, ISSN 2164-6627
  • Ctibor, P. - Seiner, H. - Sedláček, J. - Pala, Z. - Vanek, P.: Phase Stabilization in Plasma Sprayed BaTiO3. Ceramics International. 2013, vol. 39, no. 5, p. 5039-5048. ISSN 0272-8842.
  • Sedláček, J. - Ctibor, P. - Kotlan, J. - Pala, Z.: Dielectric properties of CaTiO3 coatings prepared by plasma spraying. Surface Engineering. 2013, vol. 29, no. 5, p. 384-389. ISSN 0267-0844.
  • E. Povolotskaya and P. Mach: Affinity Diagram as a Risk Analysis Tool with Support of Fuzzy Logic. Advanced Science Letters, Volume 19, Number 8, August 2013 , pp. 2391-2394, ISSN: 1936-6612
  • Rudajevová, A., Dušek, K.: Influence of the thermal history and composition on the melting/solidification process in Sn-Ag-Cu solders. Kovové materiály. 2012, vol. 50, no. 5, p. 295-300. ISSN 0023-432X.
  • Ctibor, P. - Pala, Z. - Sedláček, J. - Štengl, V. - Píš, I. - et al.: Titanium Dioxide Coatings Sprayed by a Water-Stabilised Plasma Gun (WSP) with Argon and Nitrogen as the Powder Feeding Gas: Differences in Structural, Mechanical and Photocatalytic Behavior. Journal of Thermal Spray Technology. 2012, vol. 21, no. 1, p. 425-434. ISSN 1059-9630.
  • Ctibor, P. - Sedláček, J.: Selected aspects of dielectric behavior of plasma sprayed titanates. Journal of Advanced Ceramics. 2012, vol. 1, p. 50-59. ISSN 2226-4108.
  • Podzemský, J., Papež, V., Urbánek, J., Dušek, K.: Influence of Intermetallic Compounds on RF Resistance of Joints Soldered with Lead Free Alloys. Radioengineering. 2012, vol. 21, no. 2, p. 573-579. ISSN 1210-2512.
  • Bouda, V. - ČVUT-FEL: United States Patent US 7,994,685 B2 Electromechanical Transducer-Artificial Muscle. Date of patent Aug. 9, 2011.
  • Drápala, J. - Kursa, M. - Kubíček, P. - Vodárek, V. - Seidlerová, J. - et al.: Bezolovnaté pájky - teoretické a experimentální studium fázových rovnováh a vlastností nových typů pájek. 1. vyd. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2011. 220 s. ISBN 978-80-248-2495-6.
  • Dušek, K., Urbánek, J., Drápala, J.: Study of Wettability Measurement of Binary and Ternary Solder Alloys Based on Sn-Zn-Al. Hutnické listy. 2009, vol. LXII, no. 6/2009, p. 106-109. ISSN 0018-8069.
  • Bouda, V.: Eurasian Patent No.013443 Electromechanical Transducer. Released April 30, 2010 by Eurasian Patent Attorney, St.Peterburg
  • Dušek, K., Urbánek, M.: Comparison of Dynamic and Static Mechanical Stress Applied on Soldered Joints. In 33rd International Spring Seminar on Electronics Technology. New York: IEEE, 2010, p. 204-207. ISBN 978-1-4244-7849-1.

Za obsah odpovídá: doc. Ing. Milan Polívka, Ph.D.