Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка элементов питания нового поколения на основе бета-изотопов с использованием нанотехнологий для кардиостимуляторов и медицинской электроники

Докладчик: Магомедбеков Эльдар Парпачевич

Должность: Заведующий кафедрой, Директор ИМСЭН-ИФХ, к.х.н., доцент

Цель проекта:
Задачей ПНИ является разработка микроисточника тока с максимально возможными характеристиками по емкости и току на основе долгоживущего бета-изотопа 63-никеля. Целью работы является разработка технологии создания новых микроисточников тока на основе долгоживущих бета-изотопов и электронных микроструктур нового поколения со сроком службы не менее 20 лет и высокими электрофизическими параметрами и показателями надежности, обеспечивающие возможность долгосрочного автономного функционирования имплантируемых биотехнических систем. Полученные научно-технические результаты позволят создать новую линейку элементов питания, направленных на повышение качества жизни людей, использующих такие биотехнические системы, как кардиостимуляторы.

Основные планируемые результаты проекта:
Проведенный анализ направлений работ в области создания источников тока на основе бета-вольтаики показывает, что наряду с применяемыми в настоящее время в качестве источников излучения прометием-147 и тритием с технологической точки зрения наиболее приемлемым является никель-63, поскольку он обладает более "мягкой" энергией распада и отличается сравнительно долгим периодом полураспада - порядка 100 лет. В качестве полупроводниковых преобразователей используются широкозонные полупроводники (SiC) c высокими факторами заполнения и КПД преобразования. Для оптимизации электрофизических параметров полупроводниковых преобразователей исследуются различные диодные полупроводниковые структуры.
В дальнейшей работе будут определены оптимальные параметры элементов питания, оценены выход и конфигурация поля бета-частиц, что, в свою очередь, позволит оценить безопасность с медицинской точки зрения разрабатываемых элементов питания. Результатом ПНИ станет техническое задание на опытно-конструкторские работы по изготовлению элемента питания на основе радиоизотопа 63-Ni по разработанной технологии.
Впервые в мире будут разработаны:
- технология изготовления сборки «радиоизотоп – полупроводник», позволяющая получить максимально возможные значения токов и емкости;
- технология изготовления микроисточников тока (на основе нанотехнологий), в которых для повышения КПД используются особые формы кремниевых диодов – наномембранного или трехмерного наноструктурного объема, что увеличивает поверхность соприкосновения;
- технология изготовления элемента питания (батарейки).
Применение новых технологий позволит достичь следующих параметров:
- мощность элемента питания (оценочная) не менее 1-2 мВт;
- емкость – не менее 1-2 мА/час;
- срок службы – не менее 20 лет;
- габариты элемента питания: диаметр не более 20 мм, высота не более 15 мм.
Микроисточник тока с максимально возможными характеристиками по емкости и току на основе долгоживущего бета-изотопа – уникального по своим свойствам радиоизотопа 63-Ni – будет получен впервые в мире и может являться объектом правовой охраны.
Проект соответствует современным тенденциям развития науки и техники, а заявленное исследование входит в научно-технологические российские и мировые приоритеты.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты работы, в том числе элемент питания с изотопом 63-Ni, должны системно способствовать развитию и миниатюризации медицинской техники, в частности, расширить область имплантируемых устройств типа кардиостимуляторов, способствовать созданию долговременных сенсоров и датчиков, используемых в медицине и технике, а также в микроэлектронике.

Текущие результаты проекта:
1. Проводятся патентные исследования, затрагивающие тему ПНИ;
2. Получены наночастицы 63-Ni радиохимическим методом и изучены основные характеристики с использованием оборудования уникальных установок в РХТУ им. Д. И. Менделеева;
3. Для выбора способа реализации полупроводниковой части элемента питания проведены эксперименты по нанесению никеля на кремниевые подложки электрохимическим методом;
4. Проведены предварительные экспериментальные исследования для определения влияния бета-частиц на p-n-переход в полупроводниках на основе монокристаллического кремния. Исследования дали положительные результаты, которые будут использованы в дальнейшем для подготовки методики расчета мощности бета-излучения и выхода бета-частиц в источниках 63-никеля.
5. На стадии завершения разработка процедуры входного контроля материалов для изготовления элементов питания и технологии очистки исходного раствора 63-Ni от возможных гамма-примесей;
6. Подготовлена и направлена в редакцию журнала «Российские нанотехнологии» статья по результатам работ.
7. На стадии разработки технические требования на макет микроисточника тока (ячейки элемента питания), а также стенды для его создания и последующих испытаний.