Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка автономного источника питания на основе радиоизотопных материалов и кремниевой p-i-n структуры

Номер контракта: 14.575.21.0051

Руководитель: Мурашев Виктор Николаевич

Должность: Профессор

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
бета-гальванический генератор, ядерная батарея, p-n-переход, область пространственного заряда, магнетронное напыление, радиоизотопы, бета-распад

Цель проекта:
1. Задачи: - теоретическое исследование путей создания автономных источников питания; - разработка конструктивно-технологических методов и технологии для создания автономного источника питания; - создание экспериментальных образцов автономного источника питания; - проведение экспериментальных исследований разработанных образцов автономного источника питания; - оценка эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем. 2. Цель реализуемого проекта: Разработка и создание автономного источника питания на основе радиоизотопных материалов и кремниевой p-i-n структуры для электропитания устройств специального назначения.

Основные планируемые результаты проекта:
1. В результате выполнения проекта должен быть изготовлен автономный источник питания на основе радиоизотопа никеля-63 и кремниевой p-i-n структуры.
2. Основные характеристики планируемого источника питания: напряжение холостого хода 0,3 В, ток короткого замыкания 40 нА, при занимаемом объеме не более 1 см3.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Разрабатываемые автономные источники питания на основе радиоизотопных материалов и кремниевой p-i-n структуры предназначены для электропитания миниатюрных космических аппаратов, медицинских электрокардиостимуляторов, электрических интегральных микросхем и автономных наносистем.

2. Основным направлением мировых достижений являются разработка и создание трехмерных конструкций и технологий, которые повышают эффективность при одинаковом занимаемом объеме. Новизна решения - создание элементов источника питания с применением технологии мелкозалегающего p-n перехода, анодного травления кремния и нанесения радиоизотопа Ni-63

3. Имеются последние данные об описании создания 3D конструкций, однако, на сегодняшний день в мире отсутствует информация о 3D структурах с радиоизотопом Ni-63, расположенном в их объеме.

4. Разрабатываемый автономный источник будет иметь узкое направление применения в специальных системах.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Основная область применения радиоизотопных источников электроэнергии определяется необходимостью обеспечения автономности работы оборудования, значительной надёжности, малого веса и малых габаритов. В настоящее время это космос, глубоководные аппараты и медицина.

Результаты данной работы можно будет использовать при разработке долголетнего автономного источника питания для получения стабильного напряжения и тока.

Разрабатываемый автономный источник питания отличается от традиционных аккумуляторных и емкостных источников низкой вырабатываемой мощностью, однако он обладает много большей энергоемкостью и способен работать до 100 лет. Поэтому он имеет свою нишу и большие перспективы применения в "комбинированных" источниках питания, активный период работы которых составляет сравнительно малое время. Освоение такого рода источников питания в промышленных масштабах окажет существенный прогресс на развитие МЭМС систем.

Текущие результаты проекта:
Определены зависимости диаметра макропор и скорости травления от плотности тока и сопротивления пластин р-кремния.
Сформированы упорядоченные макропористые структуры с использовать наиболее плотной топологии каналов в виде структуры «пчелиных сот».
Отработана технология создания однородного мелкозалегающего p-n перехода на всей внутренней поверхности макропор.
Отработана технология нанесения никеля на поверхность макропор.
Изготовлены экспериментальные образцы (в количестве 10 шт.).
Проведены исследования экспериментальных образцов на основе радиоизотопных материалов и кремниевой p-i-n структуры.
Сформированы и поданы две заявки на патенты РФ:
1. Планарный преобразователь ионизирующих излучений и способ его изготовления № 2015118011 от 14.05.2015 г.
2. Высоковольтный преобразователь ионизирующих излучений и способ его изготовления № 2015118012 от 14.05.2015 г.
Приняты к опубликованию 3 статьи:
1. A.A. Krasnov, S.A. Legotin, Yu. K. Omel’chenko, S.I. Didenko, V.N. Murashev, O.I. Rabinovich, S.Yu. Yurchuk, V.P. Yaromsky, Optimization of energy conversion efficiency betavoltaic element based on silicon Journal of Nano- and Electronic Physics , Volume 7, Issue 4, 2015
2. S. Yu. Yurchuk, A.A. Krasnov, S.A. Legotin, Yu. K. Omel’chenko, S.I. Didenko, V.N. Murashev, O.I. Rabinovich, Yu. V. Osipov The current-voltage characteristics simulation of the betavoltaic power supply, Journal of Nano- and Electronic Physics , Volume 7, Issue 4, 2015
3. V.N. Murashev, O.I. Rabinovich, S.U. Urchuk Improvement of Si-betavoltaic batteries technology, Journal of Nano- and Electronic Physics , Volume 7, Issue 4, 2015