Разработка эффективного радиационно-стимулированного механо-электрического генератора

Название проекта Разработка эффективного радиационно-стимулированного механо-электрического генератора

Соглашение от «19» августа 2015 г. № 14.578.21.0102

Руководитель Доцент, к.т.н. А.С. Быков

1 этап проекта Выбор направления исследований, разработка конструкторской и технической документации для механо-электрического генератора

Работы, выполненные за счет средств Субсидии:

• Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ. Исследована возможность создания бетавольтаических механо-электрических генераторов на основе монокристаллических бидоменных структур. Проведенный обзор показал, что на данный момент в мире не существует пьезоэлектрических генераторов серийного производства, использующих в качестве рабочего элемента монокристаллы с заданной доменной структурой. Имеется 2 публикации, в которых показана принципиальная возможность использования в качестве рабочего элемента бидоменной сегнетоэлектрической структуры. Отмечается, что в этом случае эффективность преобразования возрастает минимум на 13 % по сравнению с пьезоэлектрической керамикой.
• Проведены патентные исследования по теме ПНИ. Результаты патентных исследований свидетельствуют об актуальности данного направления и перспективности коммерциализации проводимых разработок. Отчет о патентных исследованиях приведен в Приложении А к данному отчету.
• Проведена сравнительная оценка возможных направлений исследований, выбраны и обоснованы оптимальные варианты решения задачи по созданию эффективного радиационно-стимулированного механо-электрического генератора с длительным сроком эксплуатации. Рассмотрены основные схемы пьезоэлектрических преобразователей принцип функционирования с использованием монокристаллического бидоменного пьезоэлектрического элемента. Обоснован выбор материала пьезоэлектрического преобразователя и методы формирования заданной доменной структуры. Рассмотрены возможные негативные факторы, снижающие общую эффективность и пути снижения их влияния. Определены методы текущего контроля. Обоснован выбор материала опорных элементов.
• Проведены теоретические исследования технологических аспектов создания механо-электрических преобразователей, разработана математическая модель функционирования. Произведен математический расчет процесса функционирования рабочего элемента. Представлены основные закономерности. Приведена теоретическая форма сигнала для дальнейшего использования при измерении выходных параметров механо-электрического генератора.
• Проведены расчеты выходных параметров механо-электрического преобразователя энергии с использованием разработанной модели.
• Разработан технологический процесс изготовления пьезоэлектрических элементов. Приведен пошаговый перечень технологических операций для создания монокристаллических пьезоэлектрических элементов. Разработанный комплект ТД приведен в Приложении Б к данному отчету.
• Обоснована конструкция и разработана конструкторская документация для изготовления макетов пьезоэлектрических элементов. Разработанный комплект КД приведен в Приложении В к данному отчету.
• Изготовлены макеты пьезоэлектрических элементов в количестве 10 штук.

Работы выполненные Соисполнителем ФГБНУ ТИСНУМ за счет внебюджетных средств:

• На основе анализа конструкции пьезоэлектрического элемента, разработанной головным исполнителем ПНИ в рамках соглашения № 14.578.21.0102 НИТУ «МИСиС» на основе выполненных расчетов, а также требований технического задания, была разработана конструкция опорных элементов. Для реализации разработанной конструкции создан комплект конструкторской документации НУМК.433670.101.00 для изготовления макетов опорных элементов.
• По результатам анализа конструкции изделия и предъявляемых требований технического задания уточнен состав операций технологического процесса изготовления макетов опорных элементов. Разработан комплект соответствующей технологической документации, децимальный номер 01100.01101.
• В соответствии с разработанной конструкторской и технологической документацией было выполнено изготовление макетов опорных элементов. Изготовленные макеты опорных элементов предназначены для последующей отработки оптимального метода закрепления пьезоэлектрических элементов и сборки экспериментальных образцов механо-электрических преобразователей.