Nanopore sensing is a versatile technique that employs very small openings, known as nanopores, to study biomolecules. The use of nanopores on solid-state membranes has gained attention due to its potential for low-cost and high-throughput sensing of single molecules in liquids. Controlled dielectric breakdown (CBD) is a method for fabricating nanopores in a suspended membrane using computer control, and can be performed in liquid, making it a more practical alternative to traditional techniques that require specialized equipment and high vacuum. Multilevel Pulse-Voltage Injection (MPVI) is a variant of CBD that allows for better control over the size and shape of the nanopore being fabricated. The main focus of this research is to develop electrical techniques for fabricating sub-10 nm solid-state nanopores in silicon nitride and graphene membranes, and to study the characteristics of the resulting nanopores. Two different MPVI schemes were implemented for fabricating nanopores in silicon nitride. The MPVI technique for Scheme 1 sets two thresholds to check if a pore is formed or not. Scheme 2 was developed by adding a threshold in order to avoid extra pore enlargement. For nanopores on a silicon nitride membrane with a 23 nm deep hole, the ratio of sub-20 nm pores improved from 20 % (Scheme 1) to around 90 % (Scheme 2). Additionally, the ratio of sub-10 nm nanopores via Scheme 2 was around 70 %. For nanopores on a silicon nitride membrane damaged by a single femtosecond laser pulse, 50 % of the fabricated nanopores via Scheme 2 were sub-10 nm. For bi-layer graphene membranes, the electrochemical reaction (ECR) technique was used to fabricate nanopores, resulting in three nanopores with diameters of 6.4, 5.9, and 1.2 nm. The nanopores on all types of membranes were enlarged using MPVI of Scheme 1, resulting in a successful increase in pore size by 0.1 to 1 nm. Finally, DNA translocation experiments were conducted to verify the suitability of the fabricated nanopores. DNA translocation events were observed using fabricated nanopores on two types of silicon nitride membranes. They are not observed for the graphene nanopore. / Nanopor-avkänning är en mångsidig teknik som använder mycket små öppningar, så kallade nanoporer, för att studera biomolekyler. Användningen av nanoporer på fasta membran har fått uppmärksamhet tack vare dess potential för detektering av enstaka molekyler i vätskor, till lågt pris och med kort genomloppstid. Kontrollerad dielektrisk nedbrytning (CBD) är en metod för att tillverka nanoporer i ett suspenderat membran med hjälp av datorstyrning som kan utföras i vätska, vilket gör den till ett mer praktiskt alternativ till traditionella tekniker som kräver specialiserad utrustning och högt vakuum. Multilevel Pulse-Voltage Injection (MPVI) är en variant av CBD som möjliggör bättre kontroll över storleken och formen på nanoporen som tillverkas. Huvudfokus för denna forskning är att utveckla elektriska tekniker för att tillverka sub-10 nm fasta nanoporer i kiselnitrid och grafenmembran, och att studera egenskaperna hos de resulterande nanoporerna. Två olika MPVI-metoder implementerades för tillverkning av nanoporer i kiselnitrid. MPVI-tekniken i Metod 1 sätter två tröskelvärden för att: kontrollera om en por bildas eller inte, samt för att kontrollera porstorleken. Metod 2 utvecklades genom att lägga till ytterligare ett tröskelvärde för att undvika extra porförstoring. För nanoporer på ett kiselnitridmembran med ett 23 nm djupt hål förbättrades förhållandet mellan porer under 20 nm från 20 % (Metod 1) till cirka 90 % (Metod 2). Dessutom var förhållandet mellan nanoporer under 10 nm med Metod 2 cirka 70 %. För nanoporer på ett kiselnitridmembran som skadats av en femtosekundlaserpuls, även om en nanopor med en diameter under 5 nm inte tillverkades, var 50 % av de tillverkade nanoporerna via Metod 2 under 10 nm. För tvåskiktsgrafenmembran användes den elektrokemiska reaktionstekniken (ECR) för att tillverka nanoporer, vilket resulterade i tre nanoporer med diametrar på 6,4; 5,9 och 1,2 nm. Nanoporerna på alla typer av membran förstorades med MPVI i Metod 1, vilket resulterade i en framgångsrik förstoring av porstorleken med 0,1 till 1 nm. Slutligen genomfördes experiment med DNA-translokation för att verifiera lämpligheten av de tillverkade nanoporerna. DNA-translokationshändelser observerades med hjälp av tillverkade nanoporer på två typer av kiselnitridmembran. De observeras inte för grafen-nanoporen.

Zero-dimensional graphene (carbon) quantum dots have been drawing attention in bio-related applications since their discovery, especially for their optical properties, chemical stability, and easily modifiable surface.  This thesis focuses on the green synthesis of nitrogen-doped graphene quantum dots (GQDs) for dual-mode bioimaging with X-ray fluorescence (XRF) and optical fluorescence. Both conventional and microwave- (MW-)assisted solvothermal methods were followed to investigate the precursors’ effect on the synthesized GQDs. The MW-assisted method permitted the synthesis of uniform GQDs with an excitation-independent behavior, due to highly controllable reaction conditions. It was demonstrated that the molecular structure of the precursors influenced the optical fluorescence properties of the GQDs. Thus, both blue- (BQDs) and red-emitting (RQDs) GQDs were obtained by selecting specific precursors, leading to emission maxima at 438 and 605 nm under the excitation wavelengths of 390 and 585 nm, respectively.  Amine-functionalized Rh nanoparticles (NPs) were chosen as the X-ray fluorescence (XRF) active core, synthesized via MW-assisted hydrothermal method with a custom designed sugar ligand as the reducing agent. These NPs were conjugated with BQDs using EDC-NHS treatment. The hybrid Rh-GQDs NPs exhibited green emission (520 nm) under 490 nm excitation and led to a reduced cytotoxicity with respect to bare Rh NPs, highlighting the passivation role of the GQDs via the real-time cell analysis (RTCA) assay. The hybrid complex constituted a multimodal bioimaging contrastagent, tested with confocal microscopy (in vitro) and XRF phantom experiments. / Sedan deras upptäckt har nolldimensionella kvantprickar av grafen (kol) uppmärksammats inom biorelaterade applikationer, särskilt för deras optiska egenskaper, kemiska stabilitet och enkelt modifierbara yta. Denna avhandling fokuserar på en grön syntesmetod av kvävedopade grafen-kvantprickar för bimodal bioavbildning med röntgenfluorescens och optisk fluorescens. Både konventionella och mikrovågs-assisterade solvotermiska syntesmetoder användes för att undersöka metodernas effekt på de syntetiserade kvantprickarna. Den mikrovågs-assisterade metoden möjliggjorde syntes av uniforma kvantprickar med exciteringsoberoende egenskaper på grund av mycket kontrollerbara reaktionsförhållanden. Det demonstrerades att den molekylära strukturen hos prekursorerna påverkade de optiska fluorescensegenskaperna hos grafen-kvantprickarna. Genom att välja specifika prekursorer erhölls kvantprickar som emitterar i både blått och rött ljus, motsvarande emissionsmaxima vid 438 respektive 605 nm under excitering vid 390 respektive 585 nm. Amin-funktionaliserade Rh-nanopartiklar valdes som en aktiv kärna för röntgenfluorescens, syntetiserad genom en mikrovågs-assisterad hydrotermisk metod med en specialdesignad sockerligand som reduktionsmedel. Dessa nanopartiklar konjugerades med blåemitterande kvantprickar genom EDC-NHS-behandling. De hybrida nanopartiklarna uppvisade grön emission (520 nm) under 490 nm excitation och ledde till en minskad cytotoxicitet uppmätt genom cellanalys i realtid (RTCA) jämfört med endast Rh-nanopartiklar, vilket framhävde passiveringsrollen som kvantprickarna spelar. Hybridkomplexet utgjorde ett multimodalt kontrastmedel för bioavbildning, vilket demonstrerades med konfokalmikroskopi (in vitro) och fantomexperiment med röntgenfluorescens.

A common method of cancer treatment is radiation therapy. In radiation therapy, a treatment planning system is made to specify the dose of X-rays needed to eradicate the tumor. To assure the right amount of X-ray dosage a quality assurance is using a phantom containing radiation sensors. The sensors are made of semiconductor materials with heavy metal-based contacts. Irradiating heavy elements with a high-intensity beam such as Xrays causes secondary scattering of electrons, resulting in an additional photocurrent which may distort the signal used in the quality analysis. By exchanging the heavy-metal contact material to a lighter version such as a carbon-based material, preventing secondary scattering, the error obtained from the quality analysis can be minimized.In this thesis, characterization of contacts between radiation diodes and a copper substrate by flip-chip bonding with reduced graphene oxide-based anisotropic conducting adhesive is made. The parameters of the connections are characterized with respect to electrical, thermal and mechanical properties.Analysis of the novel contact material is done by comparing different types of graphene-based anisotropic fillers with a commercial metal-based filler. Results obtained indicate that it is possible to exchange the metal-based fillers in an anisotropic conducting adhesive with reduced graphene oxide coated polymer spheres as a contacting material for radiation sensing technology. / En vanlig metod som används för att behandla cancer är strålningsterapi. I strålningsterapi görs ett behandlingsplaneringssystem för att specificera en exakt dos av röntgenstrålning som krävs för att slå ut en tumör. För att säkerställa att man ger rätt dos av röntgenstrålning utförs en kvalitetssäkring genom att använda en fantom innehållande strålningssensorer. Sensorerna är gjorda av halvledarmaterial men har oftast anslutningar gjorda av tunga metalliska material. När man bestrålar metaller med hög intensitet, exempelvis röntgenstrålning, emitteras en sekundär spridning av elektroner i form av en fotoström som kan störa signalen i kvalitetsäkrningen. Genom att byta ut metallen som används i anslutningarna till ett kontaktmaterial med lägre atomnummer som exempelvis kolbaserade material, förhindras den sekundära spridningen av elektroner, som troligtvis minskar felet som uppstår vid kvalitetssäkringen.I detta arbete har en kartläggning av kontakter mellan stålningsdioder och ett kopparsubstrat, genom en flip-chip-bindning process med ett ledande adhesiv baserat på reducerad grafenoxid gjorts. Kontaktparametrarna som kartlagts är baserade på termiska, elektriska och mekaniska egenskaper.Kartläggningen av kontakterna har i mestadels gjort genom att jämföra olika typer av grafen baserade partiklar ett kommersiellt metalbaserat material gjort för flip-chipbindning. Resultaten från arbetet indikerar att det är möjligt att byta ut det metallbaserade partiklarna i ett anisotropt ledande adhesiv med reducerade grafenoxid-belagda polymersfärer som ett ledande material för strålningsapplikationer.

This thesis introduces reader to current knowledge of nanomaterials and their usage. It summarises production methods and usage of different materials in nuclear power plants, nuclear research and nuclear medicine. Theoretical part of this thesis is dedicated to possible usage of carbon nanotubes for neutron beam collimation and guides. In experimental part different materials were tested in measuring box connected to horizontal radial channel of VR-1 nuclear reactor and their influence on neutron flux was measured. Tested samples were non-oriented carbon nanotubes, carbon nanofibers, alumina nanowires, oriented carbon nanotubes with several angles of rotation and these samples were compared with results of graphite.

This master´s thesis is focused on measurement of optical properties of thin layer of materials used in organic solar cells (OSC). The usage of graphene oxides and its reduced forms as parts of hole transport layer (HLT) in OSC were studied. At the beginning of the thesis, there is described basic theory necessary to understand the optical properties of thin layers. The thin layer deposition and reduction of GO are discussed too. The experimental part is aimed to the optical characterization of prepared thin films. The results from optical microscopy, UV-VIS spectroscopy, FT-IR spectroscopy and spectroscopic ellipsometry were obtained. At the end of the thesis, the results are concluded and compared with already published literature.

The thesis is based on articles describing the fundamental research of carbon based nanomaterials for their possible utilization in biomedicine. The aim of this thesis was to describe the way how human osteoblasts (SAOS-2 cell line) and primary human mesenchymal stem cells (hMSC) adhere, grow and behave on surfaces made of several carbon allotropes - nanocrystalline diamond (NCD), single walled carbon nanotubes (SWCNTs) films and graphene. The utilization of carbon as the basic material promised good biocompatibility and possibility of useful surface modifications. The NCD had modified surface nanotopography (nanoroughness and nanostructuring prepared by dry ion etching). All the materials had modified surface atomic termination with oxygen and hydrogen which changes the surface electrical conductivity, surface charge and wettability. It was hypothesized that the surface termination can also influence the cell adhesion and growth. It turned out that all the studied materials were suitable as substrates for cultivation of mentioned cell types. Various nanoroughnesses of NCD surface had different effect on the cell adhesion and cell metabolic activity. Nanostructuring of the NCD influenced the formation of focal adhesions. The surface terminations of NCD and the other studied nanomaterials in...

The presented thesis deals with the utilization of TOF-LEIS analytical method in the area of nanostructure analysis. A new procedure for depth profiling of the elemental composition of the sample, based on the alternate measurement with the DSIMS method, was established. The TOF-LEIS method is able to detect the interface between the layers before its mixing by the ion beam of the DSIMS method. Furthermore, a procedure of TOF-LEIS spektra modification was established to obtain the actual concentration of elements in the sample by reduction of a multiple collision contribution. By comparison of TOF-LEIS spectra with the results received by the DSIMS method the ratio of molybdenum and silicon ion yields was obtained. In the next section advantages of the TOF-LEIS method in combination with XPS during analysis of thermal stability of gold nanoparticles are presented. The mutual complementarity of both methods is shown and final conclusions are supported by electron microscopy images. The final section deals with a newly assembled apparatus for the TOF-SARS analytical method and shows its possibilities regarding the detection of hydrogen on the graphene.

The possible use of graphene and its derivatives dissolved in water as a green lubricant is an interesting avenue of research from tribological perspective. In this study, a highly concentrated stock solution of aqueous Graphene employing Polyethylene Glycol(PEG) as surfactant was diluted using proportionate volumes of De-Ionized (D.I.) water to generate target concentrations of Graphene in solution ranging from 15 μg/ml to 350 μg/ml . These samples were then tested for both sliding and rolling contacts. The sliding contact tests included the use of both 4-ball Tribometer test rig and triborheometer. The rolling contact tests were performed on Mini Traction Machine. The tested graphene-PEG-water admixtures held significant friction and wear advantage over D.I. Water and surfactant solutions under the same testing conditions. / Den möjliga användningen av grafen och dess derivat upplöst i vatten som ett grönt smörjmedel är en intressant forskningsaveny ur ett tribologiskt perspektiv. I denna studie späddes en högkoncentrerad grafenlösning med av-joniserat (D.I.) vatten för att alstra mållösningskoncentrationer av greven mellan 15 μg/ml och 350 μg/ml. Den testade grafenlösningen hade polyetylenglykol som ytaktivt ämne Proven testades sedan för både glidande och rullande kontakter. De glidande kontakttesten innefattade användandet av både en 4-kuletribometer och en triborometer. De rullande kontakttesterna utfördes med en Mini-traktionsmaskin. De testade proverna uppvisade signifikanta friktions- och förslitningsfördel jämfört med D.I. vatten och ytaktiva lösningar under samma testförhållanden

Hlavním předmětem této diplomové práce jsou elektromagnetické simulace pomocí metody konečných prvků (FEM) k vyšetření vlivu grafenu na hrotem zesílenou Ramanovu spektroskopii (TERS) a povrchem zesílenou infračervenou absorpční spektroskopii (SEIRA) a k prozkoumání citlivosti sondy skenovacího optického mikroskopu blízkého pole (SNOM) ke složkám elektromagnetického pole v závislosti na parametrech sondy (průměru apertury v pokovení). Nejprve je proveden výpočet TERS systému složeného ze stříbrného hrotu nacházejícího se nad zlatým substrátem s tenkou vrstvou molekul, jehož účelem je porozumění principů TERS. Poté je na molekuly přidána grafenová vrstva, aby se prozkoumal její vliv ve viditelné (TERS) a infračervené (SEIRA) oblasti spektra. Druhá část práce se zabývá výpočty energiového toku SNOM hrotem složeným z pokoveného skleněného vlákna interagujícím s blízkým polem povrchových plasmonových polaritonů. Zde uvažujeme zlatou vrstvu se čtyřmi štěrbinami uspořádanými do čtverce na skleněném substrátu sloužícími jako zdroj stojatého vlnění povrchových plasmonů s prostorově oddělenými maximy složek elektrického pole orientovanými rovnoběžně či kolmo na vzorek. Ve výpočtech hrotem zesílené spektroskopie zjišťujeme, že grafen přispívá pouze malým dílem k zesílení pole ve viditelné oblasti spektra, ovšem v infračervené oblasti má grafen vliv pro záření s energií menší než dvojnásobek Fermiho energie grafenu, pro kterou je hodnota zesílení pole větší než v případě výpočtu bez grafenu. Avšak pro velmi vysoké vlnové délky zesílení pole v přítomnosti grafenu klesá pod (konstantní) hodnotu pro případ bez grafenu. Při studiu citlivosti SNOM hrotu k jednotlivým složkám pole shledáváme, že pro hrot se zlatým pokovením je energiový tok skleněným jádrem hrotu kombinací příspěvků energie prošlé aperturou a periodické výměny energie mezi povrchovým plasmonem šířícím se po vnějším okraji pokovení a mody propagujícími se v jádře. Dále zjišťujeme, že hroty s malou aperturou (či bez apertury) jsou více citlivé na složku elektrického pole orientovanou kolmo ke vzorku (rovnoběžně s osou hrotu), zatímco hroty s velkou aperturou sbírají spíše signál ze složky rovnoběžné s povrchem vzorku. V případě hrotu s hliníkovým pokovením jsou hroty citlivější ke složce pole rovnoběžné s povrchem, což je způsobeno slabším průnikem pole skrze pokovení.

Diplomová práce se zabývá teoretickými výpočty a návrhem struktury pro přenos tepla, která je součástí Miniaturizovaného tepelného spínače podle zadaných požadavků Evropské Kosmické Agentury. Základními parametry jsou nízká hmotnost a vysoká tepelná vodivost. Práce navazuje na spínač navržený firmou Arescosmo, který nesplňoval požadované limity zejména v oblasti hmotnosti a tepelné vodivosti. Pomocí teoretických výpočtů hmotnosti a tepelné vodivosti bylo ověřeno 49 variant ve třech základních konceptech – Mechanická struktura, flexibilní struktura složená z drátků a foliová struktura. Z hlediska tepelné vodivosti jako nejlepší struktury vycházejí ty, které jsou založené na použití ochranných kovových opletů. Z dostupných zdrojů byly rovněž navrženy technologie, které by bylo možné využít pro výrobu těchto struktur. Pro splnění požadavků, bude v další fázi projektu nutné vyrobit experimentální vzorky na kterých budou teoretické výpočty a vybrané technologie ověřeny.