Информационно-измерительная и управляющая система синтезом высокоактивных катализаторов в твердооксидных топливных элементах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Дутов Максим Николаевич

• Дутов Максим Николаевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Дутов Максим Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

1 Информационный обзор и анализ используемых методов и информационно-измерительных систем при производстве топливных элементов

1. 1 Топливные элементы и их классификация

1.2 Твердооксидные топливные элементы

1.2.1 Материалы, применяемые в элементах ТОТЭ и требования к ним

1.3 Катализаторы, используемые при производстве ТОТЭ

1.3.1 Катализаторы, используемые в топливных элементах

1.3.2 Уникальные свойства тонких пленок, используемых в качестве слоев катализатора

1.4 Методы и системы контроля и управления процессом напыления пленок в вакууме

1.5 Выводы

2 Разработка метода активного контроля и управления процессом синтеза островковых катализаторов в ТОТЭ

2.1 Определение условий и границ изменения технологических параметров напыления для формирования островковых катализаторов

2.2 Метод активного контроля и управления процессом синтеза островковых высокоактивных катализаторов для ТОТЭ

2.3 Выводы

3 Информационно-измерительная и управляющая система, реализующая метод активного контроля и управления процессом синтеза островкового катализатора в ТОТЭ

3.1 Информационно-измерительная и управляющая система синтеза островкового катализатора с высокой активной площадью

3.2 Экспериментальная проверка метода активного технологического контроля синтеза высокоэффективного островкового катализатора на поверхности твердооксидного электрода ТОТЭ

3.2.1 Расчет расстояния расположения в вакуумной камере второго контрольного образца относительно испарителя вещества напыляемого

катализатора

3.2.2 Экспериментальная проверка метода и реализующей его ИИУС активного контроля параметров островкового катализатора в процессе его

синтеза

3.3 Выводы

4 Расчет геометрических параметров и метрологический анализ разработанных первичных измерительных преобразователей

4.1 Конструкция первичных измерительных преобразователей

4.2 Методика расчета электроемкостного первичного измерительного преобразователя для разработанной ИИУС

4.3 Метрологическая оценка разработанных первичных измерительных преобразователей встречно-штыревой конструкции

4.4 Выводы

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Информационно-измерительная и управляющая система синтезом высокоактивных катализаторов в твердооксидных топливных элементах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. На сегодняшний день важнейшей задачей является повышение энергоэффективности производства, передачи и использования электрической и тепловой энергии. Одним из перспективных направлений решения проблем обеспечения электрической и тепловой энергией потребителей в различных, в том числе и сложных условиях, являются энергетические установки (ЭУ) с использованием твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ).

Электротехнические и эксплуатационные параметры ТОТЭ зависят от состава используемых в конструкции материалов, микроструктуры (размер кристаллитов и пор, а также процент пористости) и геометрии слоев. Одним из способов улучшения основных характеристик ТОТЭ является использование высокоактивных катализаторов на поверхности их электродов.

Аналитический обзор научно-технической литературы показал, что максимально активную площадь катализаторов на аноде ТОТЭ получают при создании функционального слоя катализатора особой морфологии (сочетании внешнего строения, формы, размера и взаимного расположения структурных элементов) на поверхности анода. Этот функциональный слой представляет собой напыляемою островковую структуру, где каждый островок имеет наноразмерную стереометрическую форму (пирамидки, капли, трапеции). Такая морфология обеспечивает максимально возможную площадь взаимодействия кислорода с топливом в ТОТЭ, что увеличивает интенсивность реакции окисления топлива и увеличивает число путей электронной и ионной проводимости за счет плотного и равномерного покрытия поверхности анода островковым катализатором. Это увеличивает количество носителей заряда с единицы площади, что оказывает существенное влияние на удельную мощность, долговременную стабильность рабочих характеристик и увеличивает количество циклов запуска ТОТЭ. Получение подобных островковых структур возможно только при разработке и внедрении в технологический процесс вакуумного напыления информационно-измерительной и

управляющей системы (ИИУС), позволяющей в реальном времени измерять основные параметр вакуумного напыления островков катализатора и управлять процессом формирования катализаторов специальной формы. Информационный поиск показал, что подобных ИИУС в производстве ТОТЭ в настоящее время не существует. Поэтому задача разработка и внедрение в производство ТОТЭ ИИУС с соответствующим алгоритмическим, программным и метрологическим обеспечением является актуальной.

Степень разработанности темы исследования. Вопросам поиска новых методов и реализующих их систем формирования каталитических слоев ТОТЭ посвящены труды таких отечественных ученых, как В.А. Тимофеев, И.А. Иванов. Исследованию различных систем контроля и управления технологическими параметрами вакуммного напыления для формирования тонкопленочных и островковых покрытий рассмотрены в трудах А.П. Бурмакова, С.В. Тимакова. В работах Е.В. Кодюкова, Ф.Ф. Комарова рассмотрены вопросы формирования нанокомпозитных покрытий методом магнетронного напыления. К числу зарубежных ученых, чьи работы посвящены исследованию, проблем увеличения активности реакции окисления кислорода, и особенности формирования специальных каталитических слоев для повышения эффективности работы ТОТЭ, относятся С.Б.Адлер, С.У Таннер, У Ченг, Х. Ушида, которые кроме того рассматривают вопросы разработки и использования автоматизированных систем при производстве топливных элементов.

Объект исследования - информационно-измерительная и управляющая система вакуумного напыления слоев островковых катализаторов при производстве твердооксидных топливных элементов.

Предмет исследования - алгоритмическое, программное и метрологическое обеспечение ИИУС для синтеза высокоактивных островковых катализаторов стереометрической формы в ТОТЭ с целью улучшения их электротехнических характеристик.

Цель исследования - повышение электротехнических и эксплуатационных характеристик ТОТЭ за счет применения в процессе их производства разработанной

информационно-измерительной и управляющей системы.

Выбор цели исследования определил следующие задачи:

- изучить существующие методы и информационно-измерительные и управляющие системы технологическими параметрами вакуумного синтеза катализаторов в ТОТЭ;

- разработать математическое описание процесса прохождения туннельно-резонансного тока через планарную структуру «зародышей» катализатора, являющихся квантовыми точками в энергетическом плане, позволяющее определить зависимость туннельно-резонансного тока от числа «зародышей» островкового катализатора при заданном температурном режиме;

- разработать метод измерения и управления доминирующими параметрами синтеза высокоактивных островковых катализаторов стереометрической формы, позволяющий создать алгоритмическое обеспечение ИИУС и включающий контроль, и управление процессом образования «зародышей» катализатора на поверхности электродов ТОТЭ и процессом роста островков катализатора до момента слияния их в сплошную пленку;

- разработать информационно-измерительную и управляющую систему технологическим процессом вакуумного напыления высокоактивных островковых катализаторов, используемую при создании топливных элементов с высокой удельной мощностью, стабильностью электрических характеристик и увеличенным количеством циклов запуска-остановки;

- для ИИУС разработать специальные первичные измерительные преобразователи (ПИП), позволяющие контролировать интегральный туннельно-резонансный ток на первом этапе синтеза катализатора и интегральную емкость на втором этапе процесса роста островкового катализатора для обеспечения не слияния островков в сплошную пленку;

- провести метрологический анализ разработанных ПИП с целью определения погрешности результатов технологического измерения контролируемых в процессе напыления параметров;

- осуществить экспериментальную проверку разработанной ИИУС для контроля и управления синтезом высокоактивных слоев катализатора ТОТЭ.

Научная новизна.

- разработано математическое описание процесса прохождения туннельно-резонансного тока через планарную структуру «зародышей» катализатора, являющихся квантовыми точками в энергетическом плане, отличительной особенностью которого является возможность определить зависимость туннельно-резонансного тока от числа «зародышей» островкового катализатора при заданном температурном режиме;

- для вакуумного напыления островковых катализаторов с высокой каталитической активностью предложены метод и реализующая его ИИУС, отличающиеся тем, что процесс синтеза катализатора разделен на два этапа. На первом этапе система контролирует количество «зародышей» островков катализатора на контрольном образце через измерение усредненного туннельно-резонансного тока, проходящего через топологическую структуру «зародышей» островков, которые в энергетическом плане представляют собой квантовые точки. Процесс формирования «зародышей» островков катализатора заканчивают при достижении значения приращения туннельного тока заданной величины. На втором этапе система контролирует и управляет процессом последующего роста островков катализатора на сформировавшихся «зародышах» с использованием контрольного образца, расположенного ближе к испарителю на расстоянии, определяемом с учетом скорости роста островков катализатора, а процесс роста островков катализатора прекращают при достижении максимального значения интегральной емкости, зависящей от размеров островков, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды;

- создана информационно-измерительная и управляющая система, алгоритм работы и программное обеспечение которой разработаны на основе предложенного метода контроля и управления процессом вакуумного напыления, отличающаяся от известных систем тем, что, в соответствии с этапами метода, в

ней созданы два измерительно-управляющих канала, в которых используются ПИПы специальной встречно-штыревой конструкции с соответствующим метрологическим обеспечением и позволяющая синтезировать на поверхности анодов ТОТЭ катализаторы с максимальной активной площадью, что позволяет существенно повысить технические и эксплуатационные характеристики ТОТЭ.

Теоретическая значимость работы определяется предложенными в работе математическим описанием процесса прохождения туннельно-резонансного тока через планарную структуру «зародышей» катализатора, позволяющим определить условия и основные параметры процесса их напыления, влияющие на количество зарождающихся «островков» катализатора, а также методом измерения и управления доминирующими параметрами синтеза высокоактивных островковых катализаторов, положенного в основу алгоритмического обеспечения ИИУС, реализующей предложенный метод.

Практическая значимость работы заключается в использовании разработанного метода и реализующей его информационно-измерительной и управляющей системы в производстве ТОТЭ, позволяющие синтезировать слой островкового катализатора на анодах ТОТЭ с максимально возможной активной площадью, что существенно улучшает электротехнические и эксплуатационные характеристики получаемых ТОТЭ.

Методология и методы исследования. В основу данного исследования положены аналитическая теория формирования тонких пленок, теория квантовых точек, методы вакуумного напыления, математическая физика и моделирование, метрология и теория погрешностей.

Положения, выносимые на защиту:

- математическое описание процесса прохождения туннельно-резонансного тока через планарную структуру «зародышей» катализатора, являющихся квантовыми точками в энергетическом плане, позволяющее определить зависимость туннельно-резонансного тока от числа «зародышей» островкового катализатора при технологическом контроле их количества;

- метод измерения и управления доминирующими параметрами синтеза катализатора в виде островков стереометрической формы, положенный в основу создания алгоритмического обеспечения ИИУС, включающий контроль количества «зародышей» катализатора на поверхности электродов ТОТЭ и управление процессом роста островков катализатора, что исключает возможность слияния островков катализатора в сплошную пленку, при котором прекращается подвод компонентов топлива в трехфазную зону химической реакции и нарушается работа ТОТЭ;

- конструкции и метрологический анализ первичных измерительных преобразователей встречно-штыревой топологии, используемых в разработанной системе для измерения интегрального туннельно-резонансного тока при определении количества «зародышей» катализатора и комплексной емкости островковой структуры катализатора;

- информационно-измерительная и управляющая система с соответствующим программно-алгоритмическим и метрологическим обеспечением, в которой для измерения основных параметров процесса напыления островоковых катализаторов используют два измерительно-управляющих канала с разработанными пленочными ПИП специальной встречно-штыревой конструкции, позволяющая синтезировать на поверхности анодов ТОТЭ катализаторы с максимальной активной площадью, что существенно повышает технические и эксплуатационные характеристики ТОТЭ.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных в работе результатов доказывается лабораторными экспериментами на макете ТОТЭ, созданным с применением разработанной ИИУС, а также сравнением электротехнических характеристик макета с характеристиками ТОТЭ, изготовленных по традиционной технологии.

Результаты диссертационной работы приняты к использованию публичным акционерным обществом «Завод «Электроприбор», г. Тамбов, а также в учебном процессе ФГБОУ ВО «ТГТУ».

Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались на 14th international scientific-technical conference: actual problems of electronic instrument engineering (Novosibirsk, 2018); VI International Scientific and Practical Conference "Virtual Simulation, Prototyping and Industrial Design 2019, VSPID-2019" (Тамбов, 2019); 2nd International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency, SUMMA 2020 (Липецк, 2020); второй всероссийской научной конференции «Цифровая трансформация в энергетике» (Тамбов, 2020); 3rd international conference on control systems, mathematical modeling, automation and energy efficiency, summa (Lipetsk 2021); восьмая всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Радиоэлектроника. Проблемы и перспективы развития» (Тамбов, 2023).

Соответствие паспорту специальности.

Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 2.2.11 -Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям), п. 4. Расширение функциональных возможностей информационно-измерительных и управляющих систем на основе применения методов измерений контролируемых параметров объектов, для различных предметных областей исследования.

Публикации результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, включающих 4 статьи - в рецензируемых научных изданиях, входящих в международные реферативные базы данных и систем цитирования, 5 статей - в изданиях, включенных в перечень ВАК при Министерстве науки и высшего образования, 2 патента РФ на изобретение № 2601044 и № 2746646.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 115 страницах текста; содержит введение, 4 главы, заключение, список используемых источников; включает 44 рисунка, 18 таблиц, приложения.

1 ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБЗОР И АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ МЕТОДОВ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ

ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

1.1 Топливные элементы и их классификация

Топливный элемент - это электрохимическая ячейка, напрямую преобразующая химическую энергию реакции восстановителя (топлива) и окислителя в электрическую энергию [1, 2]. Для работы топливного элемента требуется постоянный подвод окислителя и восстановителя».

«Основными составляющими частями топливного элемента являются электролитическая мембрана, катод и анод. На катоде топливного элемента происходит восстановление окислителя с образованием аниона (например, иона

л

O), а на аноде - окисление восстановителя с образованием катиона (например, иона H+). Ион транспортируется через электролитическую мембрану. Далее на одном из электродов происходит реакция окисления топлива с образованием продуктов реакции. Электроны при этом проходят через внешнюю цепь, создавая полезную энергию электрического тока» [3].

«История разработки топливных элементов началась около 200 лет назад, когда Майкл Фарадей (Michael Faraday, 1791-1861) ввел понятия «электролит» и «электрод», а также подготовил базу для описания разнообразных электрохимических процессов [3]. В 1839 году Сэр Уильям Гров (Sir William Robert Grove, 1811-1896) впервые провел процесс обратного электролиза [4], [5]. При этом он опирался на собственные исследования и на наработки Фридриха Шёнбайна (Christian Friedrich Schonbein, 1799-1868) [6]. Вильгельм Оствальд (Wilhelm Ostwald, 1853-1932) внес основной вклад в построение электрохимии как теоретической науки. В начале 20-го века (1902-1913) VARTA впервые патентовала разработки, основанные на топливных элементах» [7].

«Современные топливные элементы можно условно разделить на две большие группы - низкотемпературные и высокотемпературные. К первым

относятся элементы, рабочие температуры которых лежат в интервале 80-200°С. Ко второй группе относятся элементы с рабочей температурой от 600°С до 1000oC» [8].

«По типу используемого электролита топливные элементы можно разделить на 5 основных групп. К низкотемпературным при таком разделении относятся щелочные, твердополимерные и фосфорнокислые топливные элементы. К высокотемпературным относятся расплавкарбонатные и твердооксидные топливные элементы.

В таблице 1.1 приведены основные характеристики разных видов низкотемпературных топливных элементов, такие как используемый электролит, диапазон рабочих температур, используемое топливо, окислитель, а также коэффициент полезного действия для низкотемпературных элементов» [8, 36].

Таблица 1.1. Классификация низкотемпературных топливных элементов

Тип Электролит Рабочая температура Топливо Окислитель КПД

Щелочные раствор ШОН, КОН

80 - 2000С ^

O2/воздух 50 - 60%

Твердополимерные полимерная мембрана

80 - 1000С ^

02/воздух 40 - 45%

Фосфорнокислые Н3РО4 2000С Н2 02/воздух 40 - 45%

В таблице 1.2 приведены высокотемпературных элементов [8]

основные характеристики для

Таблица 1.2. Классификация высокотемпературных топливных элементов

Тип Электролит Рабочая температура Топливо Окислитель КПД

Твердооксидные ZrO2(Y2Os) и другие 700 - 1000°С Н/СО/СН4 02/воздух 50 - 55%

Расплавкарбонатные соли П2СОзта2СОз/К2ТОз 650°С Н2/СО/СО2/СН4 02/воздух 50 - 55%

Основным преимуществом твердооксидных топливных элементов по сравнению с другими видами топливных элементов является низкие требования к чистоте топлива (может работать на синтезгазе, Н2-СО), генерация высокопотенциального тепла и возможность его полезного использования, высокая скорость химических реакций, отсутствие дорогостоящих катализаторов [9-12].

1.2 Твердооксидные топливные элементы

«В качестве электролитов в твердооксидных топливных элементах используются кислородпроводящие керамические материалы. Это расширяет возможности применения различных видов топлива: от водорода и угля до сложных углеводородов и спиртов в качестве восстановителей. Данное исследование посвящено изучению новых материалов со смешанной кислородоэлектронной проводимостью, которые используются для создания электродов в ТОТЭ. Рассмотрим подробнее конструкцию таких топливных элементов» [13].

На рисунке 1.1 схематически представлено поперечное сечение твердооксидного топливного элемента.

Рисунок 1.1- Схематическое изображение поперечного сечения твердооксидного

топливного элемента

«Твердооксидный топливный элемент представляет собой многослойный керамический пакет, слои в котором можно разделить на три основные группы:

- электролитные слои, основная задача которых - обеспечение транспорта ионов кислорода из окислительной камеры в топливную;

- катодные слои, обеспечивающие преобразование молекулярного кислорода окислительной камеры в ионы кислорода;

- анодные слои, которые отвечают за окисления топлива в топливной камере.

Современные твердооксидные топливные элементы обладают многослойными электродами, каждый из которых оптимизирован для выполнения определенных задач. Основные параметры, которые учитываются при оптимизации электродных слоев, включают состав (выбор материалов и соотношение компонентов в случае композиционных электродов), структуру (размер кристаллов и пор, а также пористость), и геометрию (толщину) слоя. Метод трафаретной печати используется для нанесения электродных слоев.

Аноды современных ТОТЭ состоят минимум из двух слоев: функционального, на котором происходит окисление топлива, и токопроводящего. Функциональный и токопроводящий слои анодного электрода обычно изготавливаются на основе композита никелевого оксида и анион-проводника (чаще всего материала несущей мембраны), однако их соотношение и структура различаются. Поскольку реакция окисления топлива происходит на трехфазной границе «никель оксид - анион-проводник - воздух», исследователи стремятся уменьшить размеры кристаллов ^<1 мкм) в функциональном слое анода при его спекании до нескольких микрон. Такого результата добиваются выбором исходных порошков более крупного размера, чем для функционального слоя, и добавлением порообразователей. Тщательный подбор состава электродных паст и режимов температурной обработки позволяет добиться требуемых характеристик для обоих слоев за одно спекание» [13].

«Катод современного ТОТЭ также имеет не менее двух слоев. На несущем электролите последовательно нанесены катодные слои: функциональный (нижний), токосъемный (средний) и контактный (верхний). В задачи функционального слоя входит уменьшение сопротивления реакции восстановления молекулярного кислорода до ионов О2". Если катод ТОТЭ изготавливают на основе манганита лантанастронция, существенным недостатком которого является низкое значение ионной проводимости, то для функционального слоя используют композит манганита лантанастронция с материалом ионного проводника. Таким образом, функциональный слой катодного электрода должен обладать развитой поверхностью (трехфазной границы), сохраняя при этом перколяцию по ЭЭ-сеткам катодного материала, анионного проводника и системы мелких пор» [14].

«В задачи токосъемного слоя катода входит не только уменьшение слоевого сопротивления электрода, но и обеспечение подвода газа к функциональному слою катода.

По этой причине токопроводящий слой катода создается из более крупных порошков с применением порообразователей (сажи, крахмала, ПВС и других). В результате, пористость токопроводящего слоя значительно выше, чем функционального, а поры больше.

Контактный слой катода ТВЕ нужен для улучшения электрического контакта между катодом ТВЕ и биполярным электродом. Его спекание происходит при температуре ниже температуры герметизации электрода (<1000°С). По этим причинам для создания контактного слоя катода ТВЕ используются пасты на основе порошков субмикро и наноразмеров, часто с добавлением катализаторов спекания» [14].

1.2.1 Материалы, применяемые в элементах ТОТЭ, и требования к ним

Рассмотрим, какие материалы применяются в твердотельных оксидных топливных элементах (ТОТЭ) для создания электролитов и электродов. Также

обратим внимание на требования, которые предъявляются к этим материалам и причины этих требований.

Электролит - это неотъемлемая составляющая топливного элемента, которая обеспечивает перенос ионов кислорода от катода к аноду и разделяет два газовых объема: топливный и окислительный. Двигателем этого процесса является градиент химического потенциала. Идеальный электролит должен обладать следующими характеристиками.

Во-первых, электролит должен быть химически стабильным в условиях как восстановительной, так и окислительной атмосферы одновременно, и это должно быть обеспечено в широком диапазоне рабочих температур. Во-вторых, он должен иметь подходящий коэффициент теплового расширения и достаточную механическую прочность. В-третьих, обладать высокой ионной проводимостью для уменьшения омических потерь и отсутствием электронной проводимости для предотвращения утечки тока. В-четвертых, иметь высокую газовую плотность.

Что касается анодных материалов, то в ТОТЭ для них можно использовать благородные металлы, а также такие металлы, как медь, кобальт и никель. Самым распространенным анодным материалом является никель. Однако никель в аноде используется не в чистом виде, а в сочетании с материалом электролита. Это связано с тем, что для протекания реакции необходимы три компонента: водород, ионы кислорода и никель в качестве катализатора. Введение материала электролита позволяет увеличить область протекания реакции, поэтому анод представляет собой керметгетерогенную композицию металла и керамики. Эти композитные материалы играют важную роль в эффективной работе ТОТЭ [15].

В качестве катодного материала в основном применяется манганит лантана стронция Ьа1-х8гхМдО3 (ЬБМ). Так же как и в аноде, ЬБМ применяется вместе с материалом электролита. Обычно, катод тоже содержит два слоя: функциональный и токосъёмный [16].

1.3 Катализаторы, используемые при производстве ТОТЭ

1.3.1 Катализаторы, используемые в топливных элементах

Каталитический слой представляет собой второй важный компонент в структуре твердотельных оксидных топливных элементов (ТОТЭ). Его основная задача заключается в создании развитой границы между катализаторами и полимерным электролитом [17]. В случае отсутствия жидкого электролита, этот слой представляет собой сложную многокомпонентную структуру, которая включает в себя катализатор, находящийся на носителе, ионообменный полимер и систему газовых и жидкостных пор (рисунок 1.2). Эта система ответственна за подачу и удаление реагентов и воды, что является критическими аспектами в работе ТОТЭ [18].

Рисунок 1.2 - Структурная схема электрокаталитического слоя топливного элемента с ТПЭ и электронные фотографии платины на нанотрубках

В каталитическом слое формируются три важные системы частиц (или объемы), которые тесно взаимосвязаны между собой: система частиц катализатора, включая те, которые находятся на носителе; система частиц электролита и система пор. Поверхность катализатора не имеет однородного

потенциала, и в результате этого в каталитическом слое происходит некоторое падение потенциала [19].

Каталитические слои в топливных элементах могут быть созданы на поверхности мембраны с использованием различных методов, таких как распыление, прессование и нанесение каталитических композиций в виде чернил. Каталитическая композиция обычно состоит из катализатора и ионообменного полимера, причем последний обычно составляет от 25% до 50% массы катализатора [20]. В качестве растворителя часто используются вода, изопропиловый спирт и другие подходящие растворители.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дутов Максим Николаевич, 2024 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Панфилов Ю. В. Нанесение тонких пленок в вакууме // Технологии в электронной промышленности 2007.- № 3.- С. 76-80.

2. Васильев В. А., Чернов П. С. Моделирование процесса осаждения и исследование морфологии тонких пленок // Тр. Междунар. симп. "Надежность и качество". - 2011. - Т. 1. - С. 283-287

3. Матис И.Г. Электроемкостные преобразователи для неразрушающего контроля. - Рига: Зинатне, 1982. - 302 с.

4. Сидорова С. В., Юрченко П. И. Формирование островковых наноструктур в вакууме // Машиностроение и компьютерные технологии. 2011. № 13.Хариш, Г. Исследование активности потенцированных и непотенцированных субстанций in vivo и in vitro / Г. Хариш, Й. Диттман // Биологическая медицина, 1997, т. XV, №2, С. 8-15.

5. Пат. 2746646 C1 Способ и устройство контроля технологических параметров процесса формирования высокоэффективного катализатора на электродах твердооксидных топливных элементов / Дутов М.Н., Образцов Д.В., Образцова Е.Ю., Платёнкин А.В., Чернышов В.Н.; заявл. 23.07.2020; опубл. 19.04.2021.

6. Технология тонких пленок: Пер. с англ. / Под ред. Л. Майссела . Р. Глэнга. - Москва: Изд-во «Сов. радио», 1977.— Т. 1.Курбатов В.М., Пресняков Ю.П. Емкостный преобразователь для измерения толщины тонких слоев // Измерительная техника, 1974. №11. - С. 69-70.

7. Твердооксидные топливные элементы // Сборник научно-технических статей. - Снежинск: РФЯЦ-ВНИИТФ. - 2003. - 208 с.

8. Чухарев В.Ф. Разработка энергоустановок на ТОТЭ в ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. акад. Е.И. Забабахина / В.В. Чухарев // Международный Форум Водородные технологии для производства энергии» 6-10 февраля 2006 г., Москва. - 2006. - С.18-24

9. Трусов И.И., Холмянский В.А. Островковые металлические пленки. -Москва: Металлургия. - 1973. - 320 с.

10. Мейксин 3. Г. Несплошные и керметные пленки // Физика тонких пленок: Пер. с англ. / Под ред. Г. Хасса, М. Франкомба, Р. Гофмана. М.: Мир, 1978. - Т. 8. - С. 106-179.

11. Chopra K.L., Randlett М.Я. Influence of deposition parameters on the coalescence stage of growth of metal films / K.L. Chopra, М^. Randlett //J. Appl. Phys. - 1968. - Vol. 39.-Pp. 1874-1881.

12. Ролдугин В.И. Структура и перколяционные свойства проводящих пленочных композиций / В.И. Ролдугин // Колл. журн. - 1998. - Т. 60. - С. 729745.

13. Kharton V.V. Tsipis E.V. Electrode materials and reaction mechanisms in solid oxide fuel cells: a brief review. iii. recent trends and selected methodological aspects. Journal of Solid State Electrochemistry, 15:1007-1040, 2011

14. Киселев И.В. Энергоснабжение малоэтажных домостроений на основе эффективного использования природного газа в технологии ТОТЭ / И.В. Киселев, А.С. Липилин, С.И. Нефедкин и др. // Альтернативная энергетика и экология. - № 10. - 2010. - С. 162-174.

15. Григорьев И.Ф., Курбатов В.М. Материалы, примняемые в ТОТЭ / И.Ф. Григорьев, В.М. Курбатов // Приборы и системы управления. - 1975. - №8. - С. 28-29.

16. Баршутин С.Н. Энергетическая модель диэлектрической матрицы с полупроводниковыми примесями без электрического поля / С. Н. Баршутин, А. В. Ушаков, М. Н. Баршутина // Актуальные проблемы энергосбережения и энергоэффективности в технических системах: тезисы докладов 2-й Международной конференции с элементами научной школы 22 - 24 апреля 2015 г. - Тамбов, 2015. - С. 50-51.

17. Obraztsov D. V., Chernyshov V. N., Dutov M. N. Active control of the catalyst structure during sputtering the on surface of solid oxide electrolytes of fuel cells // Proceedings-2020 2nd International Conference on Control Systems, Mathematical

Modeling, Automation and Energy Efficiency, SUMMA 2020. V. 2. 2020. Р. 586 -589.

18. Obraztsov D., Chernyshov V., Dutov M. et al. Active technological control of synthesis of high-active catalysts on the surface of solid electrolytes of fuel elements // Journal of Physics: Conference Series. VI International Scientific and Practical Conference "Virtual Simulation, Prototyping and Industrial Design 2019, VSPID-2019". - 2020. - P. 012016.

19. Пат. RU2601044C2 Способ формирования углеродных нанообъектов на ситалловых подложках / Стивкин А.Г., Дутов М.Н., Образцов Д.В., Шелохвостов В.П., Чернышов В.Н.; заявл. 04.02.2015; опубл. 27.10.2016.

20. Рейкурс П.А. Методическое пособие по лабораторной работе «Электропроводность тонких диэлектрических пленок» / П. А. Рейкурс. -Петрозаводск: Альтернатива. - 1984. - 126 с.

21. Борило Л.П. Структура и свойства тонкопленочных покрытий на основе оксидов циркония, кобальта и железа / Л.П. Борило, A.M. Шульпеков, О.В. Турецкова, Е.А. Александрова // Материалы Российской науч.-практич. конф. «Химия редких и редкоземельных элементов и современные материалы». Томск: Изд-во ТГУ. - 2001. - С.75-77.

22. Дутов М.Н., Образцов Д.В., Чернышов В.Н. Измерительно-управляющая система для синтеза высокоэффективного катализатора в твердооксидных топливных элементах / М. Н. Дутов, Д. В. Образцов, В. Н. Чернышов // Вестник ТГТУ. - 2023. Том 29. № 2. С. 180-186.

23. Платёнкин А.В. Конструкция планарного твердооксидного топливного элемента / А.В. Платёнкин, В.Н. Чернышов // Цифровая Трансформация В Энергетике. - 2020. - С.55-58

24. Пилипенко, А.Т. Аналитическая химия / А.Т. Пилипенко, И.В. Пятницкий // Кн.2 - Москва: Химия, 1990. - С. 642-649

25. Метод контроля свойств нанокомпозиционных материалов с квантовыми точками / А. В. Ушаков, В. Н. Чернышов, С. Н. Баршутин // Вести высших учебных заведений черноземья. - Липецк. - 2015. - № 3. - С. 65-69

26. Ю.Г.Обичкин. Физические основы зарождения и роста тонких пленок: уч. побособе / Ю.Г. Обичкин. - Москва. - 1981. - 38 с.

27. Патент №RU 2318915 С1 Российская федерация, С23С 14/54. Способ контроля процесса нанесения покрытий в вакууме и устройство для его осуществления: 2006127832/02: заявл. 31.07.2006; опубл. 10.03.2008. / Ефанов В.В., Мужичек С.М., Резуненко В.Ф. - 14 с.

28. Исследование электрических свойств полимерных диэлектрических матриц с наноструктурными объектами / М. Н. Баршутина, С. Н. Баршутин, А. В. Ушаков // Вопросы современной науки и практики. Университет имени В. И. Вернадского. - 2014. - Специальный выпуск (52). - С. 16 - 19.

29. Баршутин С.Н. Туннельно-резонансный метод идентификации наноструктурных объектов в многослойных структурах / С. Н. Баршутин, А. В. Платенкин, В. Н. Чернышов, В. П. Шелохвостов, А. В. Ушаков // Вести высших учебных заведений черноземья. - Липецк, 2013. - № 4. - С. 54 - 61.

30. Некоторые механизмы действия аскорбиновой кислоты на процессы трансформации структур воды // Сборник научных работ сотрудников Тверской медицинской академии. - Тверь. - 2003. - 130 с.

31. Дутов М.Н. Адаптивное управление технологическим процессом синтеза тонкопленочных структур / Д.В. Образцов, М.Н. Дутов, В.Н. Чернышов // Цифровая трансформация в энергетике. Сборник трудов конференции. - Тамбов. - 2020. - С. 267-268.

32. Иванченко, А.В. Автоматизированная система управления процессом вакуумно-дугового напыления покрытий / А.В. Иванченко, И.В. Смирнов, Н.А. Долгов, А.Ю. Андрейцев, А.В. Бесов // Вестник ХНТУ. - 2013. - № 2(47). - С.144-147

33. Теленков, М.П. Резонансно-туннельный транспорт в сверхрешетках со слабой туннельной связью в сильных электрическом и магнитном полях: дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.07 / М. П. Теленков. - Москва, 2006. - 147 с.

34. Сидорова С.А. Моделирование процесса формирования островковых тонких пленок / С.А. Сидорова, Л.Н. Колесник // Наоноиндустрия. - 2016. - №3. -С. 64-71.

35. Андриевский, Р.А. Размерные эффекты в нанокристаллических материалах. II. Механические и физические свойства / Р. А. Андриевский, А. М. Глезер // Физика металлов и металловедение. - 2000. - Т. 89, № 1. - С. 91 - 112.

36. Пат. №2089906 РФ Российская федерация, G 01 №33/487. Способ исследования жидкостей и устройство для его осуществления: опубл. 20.12.1992 / А.М. Плигин; Г.П. Шматов. - 22 с.

37. Пат. №RU2746646 С1 Российская федерация, С23С 14/54^01В 7/00. Способ и устройство контроля технологических параметров процесса формирования высокоэффективного катализатора на электродах твердооксидных топливных элементов: №2020124410: заявл. 23.07.2020; опубл. 19.04.2021. / Дутов М.Н., ОбразцовД.В., ОбразцоваЕ.Ю., Платёнкин А.В., Чернышов В.Н. - 14 с.

38. Дутов М.Н., Образцов Д.В., Чернышов В.Н. Система контроля и управления технологическим процессом синтеза островкового катализатора топливных элементов / Д.В. Образцов, М.Н. Дутов, В.Н. Чернышов // Южносибирский вестник. - 2023. - № 1(47). - С. 23-29.

39. Образцов Д.В., Дутов М.Н., Чернышов В.Н. Активный контроль топологических параметров островковых катализаторов при напылении на поверхность твердооксидных электролитов топливных элементов / Д.В. Образцов, М.Н. Дутов, В.Н. Чернышов // Контроль. Диагностика. 2021. - Т. 24. - № 10 (280). - С. 28-35.

40. Ушаков, А.В. Метод контроля свойств нанокомпозиционных материалов с квантовыми точками / А.В. Ушаков, В.Н. Чернышов, С.Н. Баршутин // Вести высших учебных заведений черноземья. - Липецк, 2015. - №3. - С.28-31

41. Ушаков, А.В. Низкотемпературный туннельно-резонансный метод определения квантовых эффектов в полимерных нанокомпозиционных материалах / А.В. Ушаков, В.Н. Чернышов, С.Н. Баршутин // Наноинженерия. -Москва, 2015. - №12. - С.32-36

42. Димиховский, В. Я. Физика квантовых низкоразмерных структур / В. Я. Димиховский, Г. А. Вугальтер. - Москва: Логос, 2000. - 248 с. Likharev, K.K.

43. Абсолютная прозрачность неупругого канала и фотовольтаический эффект при резонансном туннелировании через двухъямную гетероструктуру // Письма в ЖЭТФ, том 53, вып. 1 с 24-27.

44. Андриевский, Р. А. Размерные эффекты в нанокристаллических материалах. I. Особенности структуры. Термодинамика. Фазовые равновесия. Кинетические явления / Р. А. Андриевский, А. М. Глезер // Физика металлов и металловедение. - 1999. - Т. 88, № 1. - С. 50 - 73..

45. Малышев, В. И. Введение в экспериментальную спектроскопию: учебное пособие / В. И. Малышев. - Москва: Наука, 1979. - 478 с.

46. Образцов Д.В., Дутов М.Н., Чернышов В.Н. Активный контроль топологических параметров островковых катализаторов при напылении на поверхность твердооксидных электролитов топливных элементов / Д.В. Образцов, М.Н. Дутов, В.Н. Чернышов // Контроль. Диагностика. 2021. - Т. 24. - № 10 (280). - С. 28-35.

47. Бухарев, А. А. Изучение с помощью атомно-силового микроскопа insitu кинетики жидкостного химического травления субмикронных пленок диоксида кремния / А. А. Бухарев, Н. И. Нургазизов, А. А. Можапова, Д. В. Овчинников // Микроэлектроника. - 1999. - Т. 28. - С. 385 - 394.

48. Doughty, K.L. Et al Semicond / K.L. Doughty, R. J. Simes // Sci. Technol. 1990, 5. 494.

49. Драгунов, В.П. Основы наноэлектроники: Учеб. Пособие / В.П. Драгунов, И.Г. Неизвестный, В.А. Гридчин. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000.332 с.

50. Дутов М.Н. Информационно-измерительная и управляющая система для синтеза островкового катализатора / М.Н. Дутов, А.В. Платёнкин, В.Н. Чернышов //Южно-Сибирский научный вестник. - 2023. - № 4. - с. 89-96.

51. Займан, Д.М. Принципы теории твердого тела // Пер. со 2-го англ. изд. Москва: Мир, 1974. - 472с.

52. Дутов М.Н. Контроль и исследование технологического процесса формирования углеродных нанообъектов на электродах топливных элементов / М.Н. Дутов // Вестник ТГТУ. - 2019. - Том 25. - №3. - С. 512-518

53. Киттель, Чарлз Квантовая теория твердых тел // Пер. с англ. А.А. Гусева. - Москва: Наука, 1967. - 491с.

54. Ландау, Л.Д. Краткий курс теории физики / Л.Д. Ландау, Е.М. Лившиц. -Москва: Наука, 1972. - 488 с.

55. Агранович, В.М. Кристаллооптика с учетом пространственной дисперсии и теории экситонов / В.М. Агранович, В.Л. Гинзбург. - Москва: Наука, 1979. - 432с.

56. Агранович, В.М. Перенос Энергии Электронного возбуждения в конденситрованных средах / В.М Агранович, М.Д. Галанин. - Москва: Наука, 1978. - 384с.

57. Агранович, В.М. Поверхностные поляритоны. Электромагнитные волны на поверхностях и границах раздела сред / В.М. Агранович, Д.Л. Миллс. -Москва: Наука, 1985. - 425с.

58. Дмитрук, Н.А. Поверхностные поляритоны в полупроводниках и диэлектрика / Н.А. Дмитрук, В.Г. Литовченко, В.А. Стрижевский. - Киев: Наукова думка, 1989. - 376с.

59. Литовченко, В.Г. Физика поверхности и микроэлектроника / В.Г. Литовченко, В.Г. Попов. - Москва: Энергоатом издат, 1990. - 356с.

60. Бонч-Бруевич, В.Л. Физика полупроводников / В.Л. Бонч-Бруевич, С.Г. Калашников. - Москва: Наука, 1990. - 456 с.

61. Ансельм, А.И. Введение в теорию полупроводников / А.И. Ансельм. -Москва: Наука, 1978. - 395 с.

62. Бертен, Ф. Основы квантовой электроники // Пер. с франц. - Москва: Мир, 1971. - 356 с.

63. Пантел, Р. Основы квантовой электроники / Р. Пантел., Г. Путхоф. -Москва: Мир, 1972. - 420 с.

64. Блохинцев, Д.И. Основы квантовой механики / Д.И. Блохинцев. -Москва: Наука, 1983.- 664 с.

65. Федоров, А. В. Физика и технология гетероструктур, оптика квантовых наноструктур: учебное пособие / А. В. Федоров. - Санкт-Петербург: СПбГУ ИТМО, 2009. - 195 с

66. Петров, А.Г. Межуровневые оптические переходы в квантовых ямах / А.Г. Петров, А.Я. Шик // ФТП. - 1993. - Т.27, вып.6. - С. 1047-1057.

67. Дымников, В.Д. Уровни энергии в квантовой яме с прямоугольными стенками сложной формы / В.Д. Дымников, О.В. Константинов // ФТП. - 1995. -Т.29, вып.1. - С. 133-139.

68. Глезер, А.М. Аморфные и нанокристаллические структуры: сходства, различия, взаимные переходы / А. М. Глезер // Российский химический журнал. -2002. - Т. 46, № 5. - С. 50 - 56.

69. Елинсон, М.Н. Исследования физических проблем микро- и наноэлектроники в ИРЭ РАН // Зарубежная радиоэлектроника. - 1998. - №8. - С. 22-33.

70. Ткач, Н.В. Спектр электрона в квантовой сверхрешетки цилиндрической симметрии / Н.В. Ткач, И.В. Пронишин, А.М. Маханец // ФТТ. - 1998. - Т.40, №3.

- С. 557-561.

71. Гольдман, Е.И. Новый подход к созданию наноэлектронных систем в размерно-квантующем потенциальном рельефе встроенных зарядов в изолирующих слоях у поверхности полупроводника / Е.И. Гольдман, А.Г. Ждан // Письма в ЖТФ. - 2000. - Т.26, вып.1. - С. 38-41.

72. Matsuoka, H. Transport properties of two quantum dots connected in series formed in silicon inversion layer / H. Matsuoka, H. Ahmed // Jpn. J. Appl. Phis. - 1996.

- N35.-P. L418-L420.

73. ГОСТ 22372-77. Материалы диэлектрические. Методы определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в диапазоне частот 100 до 5х10 ст. 6 Гц. - Введ. 1977-02-18. - М: Государственный комитет СССР по стандартам, 1977. - 19 с. 95.

74. ГОСТ Р МЭК 60247-2013 Жидкости изоляционные. Определение относительной диэлектрической проницаемости, тангенса угла диэлектрических потерь (tg delta) и удельного сопротивления при постоянном токе. - Введ. 201401-01. - Москва: Стандартинформ, 2014. - 24 с. 96.

75. ГОСТ 6331-78. Кислород жидкий технический и медицинский. Технические условия (с изменениями №1, 2, 3). - Введ. 1978-05-26. - М: Государственный комитет СССР по стандартам, 1978. - 26 с. 97.

76. Коузов П. А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. Ленинград: Химия. - 1987. - 276 с.

77. Справочник машиностроителя. Том 2. Издание второе, исправленное и дополненное. Под. ред. Н.С. Ачеркана. - Москва: МАШГИЗ, 1956. - 562с.

78. Рапопорт Ф.М., Ильинская А.А. Лабораторные методы получения чистых газов / Ф.М. Рапопорт. - Москва: Госхимиздат, 1963. - 420.

79. Писаренко В.В. Справочник лаборанта-химика. Справ. пособие для проф.-техн. учебн. заведений. / В.В. Писаренко. - Москва: Высшая школа, 1970. -192 с.

80. Физические величины. Справочник. // А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. - Москва: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

81. Хорват А.В. Датчик системы контроля взрывопожаробезопасности газодобывающих станций / А.В. Хорват, А.В. Иванов, С.В. Бородкин // XLIII научно-техническая конференция молодых ученых - военных метрологов «Актуальные задачи военной метрологии». - Мытищи: ФГБУ «ГНМЦ» МО РФ, 2018. - С. 153-156.

82. Павлушкин Н.М. Основы получения ситаллов. Часть вторая. / Н.М. Павлушкин. - Москва: Министерство высш. и средн. образования, 1967. - 258 с.

83. Пат. 2624589 Российская Федерация, МПК G 01 B 7/02. Способ измерения толщины тонкопленочных диэлектрических материалов / Хорват А.В.; заявитель и патентообладатель Хорват А.В. №2016131868/28; заявл. 03.08.2016; опубл. 25.04.2018, Бюл. № 12

84. Otto, A. Excitation of non-radioactive surface plasma wawes in silver by the method of frustrated total reflection // Z. Phys. 1968. 216. N 4.

85. Журба, Ю.И. Краткий справочник по фотографическим материалам и растворам / Ю.И. Журба. - Москва: Искусство, 1987. - 320 с.

86. Синергетика и фракталы в материаловедении / В.С. Иванова, А.С. Баланкин, И.Ж. Бунин, А.А. Оксогоев. - Москва: Наука, 1994. - 383 с.: ил.

87. Лихарев, К.К. О возможности создания аналоговых и цифровых интегральных схем на основе дискретного одноэлектронного туннелирования /К.К. Лихачев. - Москва: Микроэлектроника. - 1987.- Т.16, вып. 3.-С.195-209.

88. Делинив А.Н. К вопросу о погрешности метода частичных емкостей /А.Н. Делинив // ЖТФ. - 1999. - Т.69. Вып. 4. - С. 8-13.

89. Шелохвостов, В.П. Анализ влияния электрических полей на энергетические уровни гетерострутур /В.П. Шелохвостов // Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического моделирования: материалы докл. VII Всероссийской научно-технической конференции. - Тамбов, 2004. - С.466-470.

90. Матис И.Г. О возможности многопараметрового контроля диэлектрических свойств слоистых полимерных материалов / И.Г. Матис // Изв. акад. наук Латв. ССР. Сер. физ.-техн. наук. 1986. №6. - С. 60-70.

91. Шеришорин Д.А. Метод регистрации электрофизических параметров мембран, применяемых при контроле окружающей среды / Д.А. Шеришорин // Экономика природопользования и природоохраны: тр. VI Международной научно-практической конф., Пенза. - 2003. - с.140-142.

92. Хорват А.В. Об определении емкости конденсатора с гребенчатой формой электродов / А.В. Иванов, А.В. Хорват // Системы управления и информационные технологии. - 2016. - №4.1 (66). - С. 145-149.

93. Хорват А.В. Об определении емкости несимметричного электроемкостного датчика гребенчатого типа / А.В. Иванов, А.В. Хорват // Системы управления и информационные технологии. - 2017. - №1 (67) - С. 51 -56. 144

94. Хорват А.В. Определение емкостных характеристик гребенчатого конденсатора для анализа толщины диэлектрического покрытия / А.В. Хорват // Вестник Тамбовского университета. Сер. Естественные и технические науки. Тамбов, 2017. Т. 22. Вып. 1. - С. 69-74.

95. Березин И.Ф. Методы вычислений. Ч.2 / И.Ф. Березин, М.М. Жидков. -Москва: Физматгиз, 1959. - 620 с.

96. Основич Л.Д. Расчет электростатического поля в двухслойном диэлектрике у края плоского конденсатора с охранным электродом / Л.Д. Основич, Б.Ф. Ласточкин, В.Д. Макельский // Изв. вузов. Энергетика. - 1966. -№7. - С. 21-27

97. Джежора А.А. Электроемкостные преобразователи и методы их расчета. Минск: РУП Издательский дом «Белорусская наука», 2008. - 305 с.

Приложения

акт о вне;]

результатов диссертационной работы аспиранта ФГБОУ ВО «ТГТУ» Дутова Максима Николаевича на тему «Информационно-измерительная и управляющая система синтезом высокоактивных катализаторов в твердооксидных топливных элементах».

Комиссия в составе: председатель комиссии - зам. директор «Института энергетики, приборостроения и радиоэлектроники», к.т.н., доцент Москвитин С.П.; зав. кафедрой «Радиотехника», д.т.н.. профессор Пудовкин А.П.; д.т.н., профессор кафедры «Радиотехника» Данилов С.Н.; к.т.н., доцент кафедры «Радиотехника» Панасюк Ю.Н. составила настоящий акт о внедрении в учебный процесс ФГБОУ ВО «ТГТУ» результатов научных исследований по теме диссертации.

Информационно-измерительная и управляющая система синтезом высокоэффективных катализаторов при вакуумном напылении используется в процессе обучения студентов направления подготовки 11.03.01 — «Радиотехника» по дисциплинам «Радиокомпоненты и радиотехнические устройства» и «Радиотехнические системы» при проведении лекций и практических занятий на кафедре «Радиотехника»

ФГБОУ ВО «ТГТУ».

Председатель комиссии:

Члены комиссии:

ур \ Данилов С.Н.

Пудовкин А.П.

Москвитин С.П.

дата, полнись

Программа нахождения пика туннельно-резонансного тока на ВАХ

import statistics import math

# Значения тока снятого с ПИП

i_real = [0.0284308187321139, 0.04789159193428086 0.08460632083339976, 0.06404691356788256,

0.0459652906649435, 0.08575882343754974,

0.026516603912122676]

# расчет погрешности измерения r_l = 98.8 # сопротивление одной ламели в мОм v_in = 5 # входное напряжение в В adc_resolution = 2 ** 12 # разрешение АЦП в битах i_meas = []

for i in i_real: u_meas = i * r_l * 2

adc_value = round (u_meas / v_in * adc_resolution) i_meas.append (adc_value / adc_resolution / r_l * 2)

print("i_meas:", i_meas)

# расчет среднего значения и стандартного отклонения тока i_mean = statistics.mean (i_meas) i_stdev = statistics.stdev (i_meas, i_mean) print("i_mean:", i_mean) print("i_stdev:", i_stdev)

, 0.016458717740202595, 0.04232910352441429, 0.06659583122072564,

# расчет погрешности методом Стьюдента

t_student = 2.262 # коэффициент Стьюдента для 95% доверительного интервала i_error = t_student * i_stdev / math.sqrt (len(i_meas)) print ("i_error:", i_error)

i_real: [0.0284308187321139, 0.04789159193428086, 0.016458717740202595,

0.08460632083339976, 0.06404691356788256, 0.04232910352441429,

0.0459652906649435, 0.08575882343754974, 0.06659583122072564, 0.026516603912122676]

i_meas: [0.022743626644736843, 0.03831129807692308, 0.013165802125506073,

0.06768724696356275, 0.03677429940536437, 0.021211570091093118] i_mean: 0.04068796258223684 i_stdev: 0.01916172647281434 i error: 0.013706521039394794

0.05123987854251012, 0.06860648089574899,

0.0338633919534413, 0.05327603112348178,

Определение первого пика тока на ВАХ import matplotlib.pyplot as plt

# заданные значения напряжения и тока us_sample = np.array([0., 0.10204082, 0.51020408,

0.6122449, 0.71428571, 1.12244898, 1.2244898, 1.32653061, 1.73469388, 1.83673469, 1.93877551, 2.34693878, 2.44897959, 2.55102041, 2.95918367, 3.06122449, 3.16326531, 3.57142857, 3.67346939, 3.7755102, 4.18367347, 4.28571429, 4.3877551,

0.20408163, 0.30612245, 0.40816327,

0.81632653, 1.42857143, 2.04081633, 2.65306122, 3.26530612, 3.87755102, 4.48979592,

0.91836735,

1.53061224,

2.14285714,

2.75510204,

3.36734694,

3.97959184,

4.59183673,

1.02040816, 1.63265306, 2.24489796, 2.85714286, 3.46938776, 4.08163265, 4.69387755,

4.79591837, 4.89795918, 5.])

is_sample = np.array ([0.00000000e+00, 4.16493128e-04, 1.66597251e-03, 3.74843815e-03, 6.66389005e-03, 1.04123282e-02, 1.49937526e-02, 2.04081633

# ищем максимальное значение тока max_i = np.argmax (is_sample)

# получаем соответствующее ему значение напряжения u_peak = us_sample[max_i]

# выводим результат

print ("Момент появления пика тока: ", u_peak) max_idx = 0

for i in range (1, len(voltage)): if current[i] > current[i-1]: max_idx = i break

voltage_at_max = voltage[max_idx]

print ("Пик тока достигается при напряжении:", voltage_at_max)