УДК 621.38
РАЗРАБОТКА НАНОУГЛЕРОДНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ
Воробьев А.Ю.
Воронежский государственный технический университет Е-mail: ckpn@mail.ru
Проект направлен на решение проблемы становления и развития в Российской Федерации новейшей технологии создания электронной компонентной базы на основе углеродных тубулярных наноструктур. В настоящее время технологии такого уровня ни в России, ни в мире не существует.
Cовременные конденсаторы должны отвечать требованиям высокого быстродействия, высокой энергоемкостью и малыми габаритными размерами [1,2].
Целью настоящего проекта является разработка технологии изготовления наноуглеродных электродов суперконденсаторов c двойным электрическим слоем, отвечающего указанным требованиям.
Задачами выполнения проекта являются:
–анализ литературных данных, выбор методов и методик исследований, патентный поиск, проведение экспериментов;
–разработка эскизной конструкторской и технологической документации;
–разработка и изготовление экспериментальных образцов суперконденсаторов;
–разработка и изготовление опытных образцов суперконденсаторов и проведение их испытаний, выполнение контрольноизмерительные операций;
–разработка рабочей конструкторской и технологической документации;
–завершение испытаний образцов суперконденсаторов;
–подготовка мелкосерийного производства;
выпуск и реализация малых партий продукции.
В работе применяются современные методы и методики исследований: химических газотранспортных реакций (система С2H2-H2) [3], металлографии, химического и кристаллографического анализа, электросопротивления, сканирующей зондовой, оптической и растровой электронной микроскопии, рентгеноспектрального мик-
156
роанализа и др.
Врезультате выполнения проекта будет разработаны способы
итехнология изготовления наноуглеродных электродов суперкон-
денсаторов, удельная площадь поверхности которого превышает 4000 м2/г, величина запаса энергии на единицу массы – более 10 Вт/г, а емкость – более 5000 фарад, что существенно превосходит
выпускаемые в настоящее время конденсаторы на емкости в диапазонах до микрофарад (10-6 фарад), до нанофарад (10-9 фарад) и до пикофарад (10-12 фарад).
Работа находится на стадии завершения исследований НИОКР. Предложена конструкция и способ изготовления суперконденсатора с двойным электрическим слоем. Подана заявка на получение патента. Проведены маркетинговые исследования, разработан биз- нес-план проекта.
Создание наноуглеродных суперконденсаторов высокой энергоемкости позволит не только использовать их в качестве незаменимых элементов электрических схем различных приборов и устройств – от персональных компьютеров до СВЧ-печей, мобильных телефонов и телевизоров, но и завоевать новую область применения – аккумуллирование энергии. Разработка может быть использована в интересах Министерства обороны, атомной промышленности и энергетики и др. Преимуществами наноуглеродных суперконденсаторов являются: высокое быстродействие, мощность и энергоемкость при сверхмалых габаритных размерах [4-6].
Помимо новой конструкции суперконденсатора новизна предлагаемого нами подхода в сравнении с аналогичным подходом разработчиков США и других стран, определяющая мировой уровень разработки по научным и технологическим критериям, заключается в методе выращивания углеродных нанотрубок: нанотрубки выращиваются с использованием в качестве катализатора частиц на-
ногранулированного композита Ni-Mg2O.
Прогнозируется, что жизненный цикл наноуглеродных суперконденсаторов нового поколения составит не менее 25 лет.
Полная стоимость проекта: 12 000 000 (двенадцать миллионов) рублей.
Интеллектуальная собственность, которая уже создана и/или будет создана в ходе выполнения НИОКР:
1. Заявка на патент №2010102440 Способ получения углеродных нанотрубок / Небольсин В.А., Воробьев А.Ю. и др. Зарегист-
157
рировано в ФИПС 25.01.2010 г.
Литература
1.Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. – Пер. с японск. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 134 с.: ил.
2.Уорден К. Новые материалы и конструкции. Свойства и применение. Москва: Техносфера, 2006. – 224 с.
3.Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника. Сборник под ред. П.П. Мальцева. Москва: Техносфера, 2006.
4.Харрис П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века. Мир материалов и технологий. Пер. с англ. М.: Техносфера, 2003, 336 с.
5.Справочник по электрическим конденсаторам под ред. Четверткова. – М.: Радио и связь, 1983. – 576 с.; ил.
6.Chuizhou M. et al. Highly Flexible and All-Solid-State Paperlike Polymer Supercapacitors – Nano Lett. – DOI: 10.1021/nl 1019672.
УДК 66.074
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОЗДУХА
Поздняков И.А.
Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж)
E-mail: mr_907@mail.ru
К сожалению, задача обеззараживания воздуха и внутрибольничных инфекций до сих пор не только не решена, но и становится все более острой, о чем свидетельствует статистика: 2,5 млн. случаев заражения внутрибольничными инфекциями ежегодно, высокий риск профессиональной заболеваемости в инфекционных и туберкулезных больницах, выявление все новых и новых штаммов микроорганизмов, устойчивых к воздействию антибиотиков, химических препаратов и ультрафиолетового излучения.
Для очистки воздуха от твердодисперсной фазы микрозагрязнений применяются воздушные фильтры, а для обеззараживания воздуха в медицинских учреждениях уже более 80 лет применяется ультрафиолетовое излучение. Однако обеззараживание и дезинфекция воздуха с помощью ультрафиолета малоэффективно по нескольким причинам, а именно:
158
-зависимость эффективности УФ-рециркуляторами от конкретного микроорганизма;
-многие микроорганизмы устойчивы к облучению УФрециркуляторами;
-кварцевые лампы рециркуляторов и облучателей нельзя использовать для обеззараживания воздуха в присутствии людей.
Метод фильтрации воздуха также малоэффективен, т.к. фильтр способен пропустить только 10% от общего объема воздуха помещения, в процессе удержания загрязнений происходит проскок частиц загрязнений через фильтр, а также происходит накопление и рост концентрации микроорганизмов в фильтровальном материале.
Подходы к очистке и обеззараживанию воздуха, профилактике внутрибольничных инфекций должны быть изменены!
Авторами предлагается способ очистки воздуха заключающийся в воздействии на загрязнения силовых электрических полей определенного характера, с одновременной выработкой отрицательных аэроионов и озона необходимой концентрации. При этом происходит удаление пыли, спор, плесени, бактерий, вирусов, шерсти домашних животных, пылевого клеща, взвеси стройматериалов, пластмасс, стекловолокон, косметической и бумажной пыли, цветочной пыли и пуха, эпителий человека, а также очищение воздуха от следующих компонентов: фреон-12, сероуглерод, сероводород, запахи продуктов питания, запахи животных, товаров бытовой химии, табака, жженых материалов, выхлопных газов, эфирных масел, продуктов горения хлороформ, неприятных запахов.
Предлагаемая система очистки и обеззараживания воздуха (СООВ) значительно отличается от существующих тем, что имеет небольшие габариты, потребляемая мощность не превышает 15Вт, обладает хорошими эргономическими качествами, предельно проста в эксплуатации, электробезопасна. Предлагаемая система очистки и обеззараживания воздуха состоит из электроочистителя воздуха со встроенным ионо-озонатирующим устройством различного предназначения (бытового или промышленного), при наличии неоспоримых преимуществ по цене сравнима с представленными на рынке в настоящий момент средствами очистки.
В настоящее время авторами проведены экспериментальные исследования предлагаемой системы очистки и обеззараживания воздуха, подтвердившие возможность ее использования, определены сроки и этапы коммерциализации данной идеи.
159
Предлагаемая система очистки и обеззараживания воздуха применима для борьбы с внутрибольничными инфекциями и профилактики туберкулеза, гриппа, ОРВИ и других опасных инфекций в медицинских учреждениях, осуществляющих свою деятельность, как в государственном, так и в коммерческом секторах медицины.
УДК 537.9
СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПАМЯТЬ НА ОСНОВЕ БЕССВИНЦОВОЙ КЕРАМИКИ
Толстых Н. А., Лисицкий Д. А.
Воронежский государственный технический университет
E-mail: mad_nik@bk.ru
Энергонезависимые постоянные запоминающие устройства (ПЗУ или, по-английски, ROM — Read Only Memory), традиционно предназначены для хранения программ. Основной особенностью этой категории запоминающих устройств (ЗУ) является сохранение записанной в них информации после отключения напряжения питания. В системах обработки информации они применяются только для чтения, или преимущественно для чтения, поскольку процесс записи в них трудоемкий и долговременный. Как идеальное решение для применения в качестве энергонезависимого ОЗУ можно рассматривать так называемую FRAM. FRAM — это запоминающее устройство типа ОЗУ, которое использует сегнетоэлектрический эффект для реализации механизма хранения данных. Этот механизм существенно отличается от используемой в других типах энергонезависимой памяти, использующей технологию плавающего затвора. Сегнетоэлектрический эффект позволяет в материале сохранять электрическую поляризацию в отсутствие внешнего электрического поля. При приложении электрического поля к сегнетоэлектрическому кристаллу центральный атом перовскитной элементарной ячейки смещается в кристаллической решетке в соответствии с полярностью поля и занимает определенное положение, соответствующее направлению поля, а именно «0» или «1». Внутренняя схема управления позволяет определить состояние памяти. При снятии электрического поля центральный атом остается в том же положении, в котором он был, находясь в электрическом поле. Таким образом, память FRAM не нуждается в постоянной ре-
160