Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка экологически безопасных методов создания интеллектуальных материалов, не содержащих свинец, на основе наноструктурированных сред с высоким уровнем диссипативных характеристик, анизотропии, чувствительности и температурной стабильности пьезодиэлектрических коэффициентов для радиопоглощающих устройств, ультразвуковой техники, медицинской диагностики

Номер контракта: 14.575.21.0007

Руководитель: Резниченко Лариса Андреевна

Должность руководителя: зав. отделом

Докладчик: Таланов Михаил Валерьевич, научный сотрудник

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
интеллектуальные бессвинцовые наноматериалы, экологически безопасные технологии, пьезоэлектрические и магнитные свойства, медицинская диагностика, информационные системы.

Цель проекта:
Разработка экологически безопасных методов создания интеллектуальных материалов, не содержащих свинец, на основе наноструктурированных сред с высоким уровнем диссипативных характеристик, анизотропии, чувствительности и температурной стабильности пьезодиэлектрических коэффициентов для радиопоглощающих устройств, ультразвуковой техники, медицинской диагностики.

Основные планируемые результаты проекта:
Основными планируемыми результатами проекта являются качественно-количественные составы керамических наноматериалов, не содержащих свинец, с высокими:
- диссипативными характеристиками (L = 30÷50 дБ) в частотном диапазоне (5,6÷8,3) ГГц;
- температурной стабильностью пьезодиэлектрических параметров - относительной диэлектрической проницаемости поляризованных образцов, ε33Т/ε0, и коэффициента электромеханической связи планарной моды Kp, - (ΔM=((M25˚C – М100˚C)/М25˚C)·100 % ≤ 5 %, М = ε33Т/ε0, КР), при средних значениях ε33Т/ε0 (1000÷1200), достаточно высоком Кр (0,3÷0,4), низкой механической добротности, QM, ≤50;
- анизотропией пьезоэлектрических коэффициентов (Kt/KP → ∞, где Kt – коэффициент электромеханической связи толщинной моды колебаний, d33/|d31|→∞, где dij – пьезомодули) при ультранизкой диэлектрической проницаемости (ε33Т/ε0 = 50÷100);
- пьезочувствительностью (g33=30 пКл/Н) и широким спектром показателей механической добротности, (Qm = 100 1000) при средних значениях ε33Т/ε0~500;
- пьезооткликами (dij = (10 ÷ 30) пКл/Н) в средах с магнитным упорядочением.

Для создания подобных материалов требуется осуществить поиск путей оптимизации технологических режимов на всех стадиях их изготовления. Таким образом, в качестве не менее приоритетных результатов проекта можно выделить экологически безопасные, энергосберегающие, допускающие масштабирование, технологии получения таких наноматериалов с предельными (экстремально возможными) характеристиками, конкретные сочетания которых позволят их использовать в качестве радиопоглощающих покрытий, экранов, используемых для экологической защиты окружающей среды и человека от воздействия естественных и искусственных источников высокочастотных электромагнитных (ЭМ) излучений; в пьезоэлектрических датчиках детонации, работающих в широком диапазоне температур; в ультразвуковых дефектоскопах, толщиномерах, устройствах неразрушающего контроля, акселерометрах, зондах медицинской диагностической аппаратуры; в пьезографических приборах медицинского назначения, устройствах экстракорпоральной ударно-волновой терапии; в устройствах записи, хранения, передачи и защиты информации.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечным продуктом, создаваемым с использованием результатов, полученных при выполнении проекта, является импортозамещающая датчиковая аппаратура нового поколения, в том числе, ультразвуковые преобразователи и датчики, предназначенные для использования в пьезографической аппаратуре медицинского назначения, в устройствах экстракорпоральной ударно–волновой терапии, в устройствах записи, хранения, передачи и защиты информации и др.
Новизна научных и технологических решений определяется постановкой принципиально новых научных и научно-технических задач (впервые выдвигается цель разработки технологии не одного, а серии бессвинцовых наноматериалов) и основана на фундаментально-ориентированном междисциплинарном (физико-химическом, технологическом, инженерном) подходе к их решению, а также возможностью получения результатов, способных к правовой охране.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Правительство Российской Федерации проводит целенаправленную политику на формирование сбалансированной экологически ориентированной модели развития экономики и экологически конкурентоспособных производств. В рамках данной политики вводится понятие наилучших доступных технологий, применение которых направлено на комплексное предотвращение или минимизацию негативного воздействия на окружающую среду. В связи с этим перспективы практического применения результатов проекта имеют межотраслевую направленность, охватывая все отрасли реального сектора экономики, где востребованы функциональные материалы с особыми электрическими и магнитными свойствами: металлургия, судо-, станко- и автомобилестроение, радиоэлектронная промышленность, аэрокосмическая отрасль.

Прогноз конкурентных преимуществ вероятных результатов работы заключается в главном эффекте от их применения – уменьшении экологической нагрузки на человека и окружающую среду и, как следствие, снижении себестоимости изделий за счет как исключения необходимости проведения мероприятий, направленных на повышение экологической безопасности производств, так и снижения энергоёмкости продукции из-за более щадящих температурных регламентов ёё получения.

Ожидаемый народно-хозяйственный эффект от внедрения разрабатываемых бессвинцовых наноматериалов заключается в
– крупномасштабности использования ожидаемых результатов, конструктивном, положительном влиянии созданной инновационной продукции на структуру соответствующих производств, в которых в рамках традиционных технологий (т.е. без их существенных перестроек) предполагается значительно «оздоровить» процесс изготовления – эксплуатации пьезотехнической продукции;
– значительности социально-экономического эффекта от использования продукции, созданной на основе результатов данного исследования, в том числе, создании принципиально новой продукции (материалов, технологий), совершенствовании технологических процессов с точки зрения повышения экологической безопасности производств;
– перспективности вновь создаваемой интеллектуальной собственности в патентоспособной части будущих результатов исследований и их лицензионных возможностей;
– отсутствии дополнительных условий и факторов, необходимых для обеспечения социально-экономических эффектов от использования продукции, созданной на основе результатов данного исследования, за счет коммерциализации в экономически целесообразных объемах.

Текущие результаты проекта:
На основе исследования наноструктурированных сред с участием ниобатов на-трия, калия, лития выбраны перспективные основы и методы создания, изготов-лены и аттестованы интеллектуальные материалы, не содержащие свинец, с вы-сокой температурной стабильностью пьезоэлектрических параметров – относи-тельной диэлектрической проницаемости поляризованных образцов, ε33Т/ε0, и коэффициента электромеханической связи планарной моды колебаний, КР, - (ΔM=((M25˚C – М100˚C)/М25˚C)·100 % ≤ 5 %, М= ε33Т/ε0, КР) при средних значениях диэлектрической проницаемости ε33Т/ε0 (1000 ÷ 1200), достаточно высоком КР (0,30 ÷ 0,40), низкой механической добротности, QM≤ 50, для использования в пьезоэлектрических датчиках детонации, работающих в широком диапазоне тем-ператур.

На основе исследования наноструктурированных сред выбраны перспективные основы и методы создания, изготовлены и аттестованы интеллектуальные мате-риалы, не содержащие свинец, с высоким уровнем пьезочувствительности (g33 ≈ 30 пКл/Н) при широком спектре показателей механической добротности (QM=100÷1000) при средних значениях относительной диэлектрической прони-цаемости (ε33Т/ε0 не более 500) для использования в пьезографической аппаратуре медицинского назначения, в устройствах экстракорпоральной ударно–волновой терапии.

Выбраны перспективные основы и методы создания, изготовлены и аттестованы интеллектуальные материалы, не содержащие свинец, с высокими пьезооткликами (dij = 10÷30 пКл/Н) и магнитным упорядочением для использования в устройствах записи, хранения, передачи и защиты информации.

Подготовлены две заявки на выдачу патента на изобретение и одна - на полезную модель:
- Бессвинцовый пьезоэлектрический керамический материал // Заявка на выдачу патента на изобретение № 2014149866 от 11.12.2014, решение о выдаче патента от 12.10.2015 г., Россия.
- Бессвинцовый пьезоэлектрический керамический материал // Заявка на выдачу патента на изобретение № 2014149867 от 11.12.2014, Россия.
- Датчик детонации // Заявка на выдачу патента на полезную модель № 2015132986 от 06.08.2015, решение о выдаче патента от 28.10.2015 г., Россия.

Получены четыре свидетельства о регистрации программы для ЭВМ:
- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015611355 по заявке № 2014662863 от 11.12.2014 (приоритет). Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 28 января 2015 г., Россия.
- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015611357 по заявке № 2014662868 от 11.12.2014 (приоритет). Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 28 января 2015 г., Россия.
- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015618306 по заявке № 2015614982 от 10.06.2015 (приоритет). Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 05 августа 2015 г., Россия.
- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015618307 по заявке № 2015614984 от 10.06.2015 (приоритет). Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 05 августа 2015 г., Россия.