Diagnostika materiálů

Kdo jsme?

dusek-5540684

doc. 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.

 

mach-9614788

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

 

Ing. Josef Sedláček, CSc.
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.

 

papez-1722151

prof. 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.

 

urbanek-1329034

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.

 

pelikanova-2951441

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.

 

busek-8954946

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, PhD.
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, PhD.
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.
[scg_vkkd]