Разработка и исследование высокоэнергетических тепловыделяющих материалов на основе Al и оксидов металлов для автономных термоэлектрических сигнальных устройств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Переверзева Светлана Юрьевна

• Переверзева Светлана Юрьевна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Переверзева Светлана Юрьевна

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Аналитический обзор литературы

1.1 Актуальность систем обнаружения возгораний

1.2 Термоэлектрические генераторы

1.2.1 Источники тепла для термоэлектрических генераторных модулей

1.3 Высокоэнергетические материалы

1.3.1 Модификация высокоэнергетических смесей с помощью углеродных нанотрубок

1.3.2 Механохимическая активация высокоэнергетических смесей

1.3.3 Создание и нанесение суспензий высокоэнергетических материалов по технологии 3D-печати

Выводы по главе

ГЛАВА 2. Материалы, оборудование и методики исследований

2.1 Характеристика исходных компонентов смеси

2.2. Термодинамический анализ в программе «Thermo»

2.3 Методика получения высокоэнергетических смесей и прессование

2.3.1 Методика формования нанопорошковых смесей в пресс-форме

2.4 Методика синтеза углеродных нанотрубок

2.5 Методика получения и нанесения суспензий высокоэнергетических материалов

2.6 Метод исследования морфологии и состава высокоэнергетических материалов с помощью растровой электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии

2.7 Метод исследования тепловых эффектов реакции с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии и термогравиметрического анализа

2.8 Метод исследования удельной величины сгорания высокоэнергетических смесей с помощью бомбовой калориметрии

2.9 Инициирование горения высокоэнергетических материалов и изучение газовыделения в процессе горения

2.10 Измерение скорости распространения фронта горения с помощью высокоскоростной видеосъемки

2.11 Тепловизионная съемка

2.12 Исследование фазового состава смесей методом рентгенофазового анализа

2.13 Исследование термических свойств и определение кинетического триплета

2.14 Метод ускоренных испытаний на климатическую защищенность

2.15 Методика изготовления корпуса термоэлектрического генератора

2.16 Методика измерения выходных сигналов термоэлектрических элементов, находящихся под тепловым воздействием высокоэнергетических материалов

2.17 Методика изучения эффекта проводимости пламени в смесях Al/CuOx

ГЛАВА 3. Источник тепла для термоэлектрического генератора энергии

3.1 Термодинамический расчет высокоэнергетических смесей в программе «Thermo»

3.2 Al/Ni свойства и характеристики смеси

3.2.1 Кинетический триплет Al/Ni

3.3 Свойства и характеристики смеси Al/Fe3O4

3.3.1 Кинетический триплет Al/Fe3O4

3.4 Свойства и характеристики смесей Al/Ni : Al/Fe3O4, различных по соотношению компонентов

3.4.1 Соотношение Al/Ni : Al/Fe3O4 (75:25)

3.4.2 Соотношение Al/Ni : Al/Fe3O4 (50:50)

3.4.3 Соотношение Al/Ni : Al/Fe3O4 (25:75)

3.4.4 Кинетический триплет Al/Ni : Al/Fe3O4 (75:25)

3.5 Сравнение свойств высокоэнергетических материалов

Выводы по главе

ГЛАВА 4. Модификация материалов тепловыделяющих элементов для улучшения функциональных свойств

4.1 Влияние температурной обработки высокоэнергетических смесей

4.2 Механохимическая активация нанопорошковых высокоэнергетических смесей состава Al/Ni : Al/Fe3O4 (75:25)

4.3 Модификация высокоэнергетических композитных материалов на основе

Al/Ni: Al/Fe3O4 (75:25) для применения в технологии 3D-печати

4.3.1 Инициирование высокоэнергетического композитного материала

4.4 Изучение сроков службы высокоэнергетического материала

4.4.1 Изучение свойств горения после проведения ускоренного принудительного старения высокоэнергетического материала

4.5 Изучение электрической проводимости пламени А1/СиОх+УНТ

Выводы по главе

ГЛАВА 5. Разработка конструкции термоэлектрического генератора с элементом выделения тепла на основе высокоэнергетических материалов

5.1 Конструкционные особенности термоэлектрического генератора

5.2 Измерение выходных электрических характеристик ТЭГ

5.2.1 Измерение суммарной энергии ТЭГ при сгорании высокоэнергетических смесей различной массы

5.2.2 Измерение электрических характеристик Uxx и 1кз

5.2.3 Исследование электрических параметров системы при зарядке суперконденсатора

5.3 Создание прототипа ТЭГ с элементом выделения тепла на основе высокоэнергетических материалов

5.4 Создание автономного необслуживаемого сигнального устройства обнаружения возгораний на основе ТГМ и высокоэнергетического материала

Выводы по главе

Основные выводы

Список сокращений и условных обозначений

Список используемых источников

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование высокоэнергетических тепловыделяющих материалов на основе Al и оксидов металлов для автономных термоэлектрических сигнальных устройств»

Актуальность работы

Российская федерация (РФ) занимает первое место в мире по объемам запасов древесины (~20 % всего мирового запаса). Одной из самых масштабных угроз для уничтожения леса являются лесные пожары. Федеральное агентство лесного хозяйства ФБУ «Авиалесоохрана» ежегодно регистрирует до 30 тысяч лесных возгораний на территории лесного фонда РФ. Так, в 2021 году, согласно «Сводному отчету о лесных пожарах (термических аномалиях) на всех видах территорий по данным космического мониторинга по состоянию на 29 ноября 2021 года», природное бедствие отличалось особой стихийностью: общая площадь пожаров достигла ~ 18,8 миллионов гектар. Лесные пожары регулярно наносят колоссальный урон специальным объектам, зданиям и жилым комплексам в городах и деревнях. В 2004 году, объятый кольцом лесного огня, полностью сгорел поселок Чашинский Кетовского района Курганской области (сгорело 325 домов, детский дом «Родничок», погибло 7 человек), причиной стал лесной пожар и запоздалая экстренная эвакуация местных жителей [1]. В мае 2023 года пожар унес 21 жизнь, люди не смогли вовремя эвакуироваться из пригородных и дачных районов города Кургана ( ~300 жилых домов и ~3,9 тысяч дачных строений разрушены).

Ежегодные лесные пожары на удаленных от энергетической инфраструктуры территориях тяжело поддаются мониторингу, поэтому специальным службам не всегда удается приехать на место пожара вовремя. Создание портативных необслуживаемых и энергетически независимых сигнальных устройств обнаружения возгораний может помочь предупредить лесные пожары и уберечь от гибели лесную фауну и растительность. Нахождение таких сигнальных устройств в потенциально опасных местах, максимально удаленных от городской среды и энергетической инфраструктуры, позволит оперативнее реагировать службам Рослесхоза и ФБУ «Авиалесоохраны» в случае чрезвычайной ситуации (ЧС).

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) мгновенного энергообеспечения на основе термоэлектрических генераторных модулей (ТГМ) - это активно развивающийся класс устройств, автономность и эксплуатация которых в дальнейшем зависит от элемента выделения тепла в составе этого устройства.

Применение высокоэнергетических тепловыделяющих материалов в составе элемента выделения тепла позволит инициировать материал при повышении температуры выше порогового значения или при прохождении форса пламени, и далее эффективно преобразовать тепло экзотермической реакции высокоэнергетического материала в электрическую энергию посредством термоэлектрического генератора для реализации передачи сигнала о распространении лесного пожара. Комбинация высокоэнергетических материалов и термоэлектрических модулей позволит в совокупности создать автономный, необслуживаемый источник электрической энергии, способный работать в экстремальных условиях окружающей среды с длительным сроком хранения при низких температурах, отсутствии света, высокой влажности. Использование высокоэнергетических материалов в качестве источника тепла для термоэлектрических генераторов перспективно, благодаря особенности протекания самоподдерживающейся экзотермической реакции только между исходными твердыми реагентами. Интенсивность, скорость распространения фронта горения, продолжительность выделения тепла и общее его количество могут изменяться в широком диапазоне в зависимости от состава высокоэнергетического материала. В настоящее время изучение свойств и понимание технологических особенностей формирования источника тепла на основе Al-содержащих высокоэнергетических смесей позволяют создать в том числе необслуживаемое автономное сигнальное устройство для обеспечения беспроводной пожарной сигнализации вблизи лесных массивов и эвакуации населенных пунктов в случае распространения огня.

Цель работы

Разработка физико-технологических решений по формированию элемента выделения тепла со следующими заданными свойствами: минимальное газовыделение, эффективное локальное инициирование, контролируемый тепловой эффект, управляемая скорость распространения фронта горения для повышения эффективности работы портативных автономных необслуживаемых сигнальных устройств на основе термоэлектрических генераторов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) исследовать особенности тепловыделения высокоэнергетических смесей состава Al/Ni, Al/Fe3O4, Al/Ni: Al/Fe3O4, Al/CuOx;

2) исследовать эффект проводимости пламени при горении высокоэнергетической смеси Al/CuO/УНТ;

3) разработать метод нанесения композитных высокоэнергетических материалов в процессе создания элемента выделения тепла для термоэлектрического генератора за счёт добавления связующих компонентов (углеродных нанотрубок, клея БФ-4 (спиртовой раствор поливинилацеталей с резольными фенолформальдегидными смолами);

4) разработать варианты элемента выделения тепла, обеспечивающего продолжительное поддержание тепловыделения и несущественное газовыделение;

5) изучить влияние высокоэнергетического состава смесей и массы элемента выделения тепла на выходные характеристики термоэлектрического генератора;

6) изучить эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую для различных конструкций термоэлектрических генераторов и определить факторы, влияющие на их производительность;

7) изготовить прототип автономного сигнального устройства обнаружения возгорания на основе термоэлектрического генератора с элементом выделения тепла и приемо-передающим устройством и провести его испытания.

Научная новизна

1. Выявлены закономерности влияния давления прессования на особенности протекания самораспространяющейся экзотермической реакции в высокоэнергетических нанопорошковых системах Al/Ni, Al/Fe3O4, Al/Ni : Al/Fe3O4 (75:25). Установлено, что пористость образцов, зависящая от давления прессования, влияет на особенности распространения экзотермической реакции и кинетику реакции, что подтверждается результатами измерений и расчета кинетического триплета. Установлено, что существует оптимальное давление прессования высокоэнергетического материала с точки зрения теплового эффекта реакции.

2. Продемонстрирована возможность создания высокоэнергетического композитного материала на основе нанопорошковых систем Al/Ni : Al/Fe3O4 (75:25) c использованием функциональной добавки углеродных нанотрубок (УНТ) и связующего компонента БФ-4. Установлено, что эффективное лазерное инициирование экзотермической реакции в высокоэнергетическом композитном материале достигается

после его термического отжига при 300 °С на воздухе, что приводит к частичному разложению связующей добавки.

3. Разработанные физико-технологические решения формирования материала элемента выделения тепла на основе Al/Ni : Al/Fe3O4 (75:25) позволяют управлять выходными электрическими характеристиками термоэлектрического генератора. Установлено, что существует предел целесообразности увеличения массы высокоэнергетического материала в составе элемента выделения тепла.

4. Выявлено, что в процессе протекания экзотермической реакции в системе Al/CuO/УНТ возникает газообразная электропроводящая среда, что свидетельствует о плазменном состоянии продуктов реакции, которые впоследствии конденсируются в форме шарообразных частиц.

Практическая значимость работы

1. Разработана лабораторная технология получения элементов выделения тепла на основе нанопорошков Al, Ni, Fe3O4, CuOx, способных к самораспространяющейся экзотермической реакции от воздействия инициатора вторичных реакций на основе Al/CuOx и пьезоэлемента, для применения в качестве элемента выделения тепла в термоэлектрических генераторах.

2. Разработана лабораторная технология получения высокоэнергетического композитного материала Al/Ni : Al/Fe3O4 (75:25), модифицированного УНТ и БФ-4. Добавка не более 5 масс.% в виде УНТ и БФ-4 связывает 95 масс.% нанопорошков, что позволяет реализовывать 3D-печать путем экструзии высокоэнергетической суспензии через формующее отверстие.

3. Модернизирована конструкция термоэлектрического генератора и проведены экспериментальные исследования его выходных характеристик с использованием различных тепловыделяющих элементов. Также проведена оценка функциональных возможностей разрабатываемого устройства по накоплению заряда и продолжительности работы в зависимости от электрической нагрузки.

4. Разработан и изготовлен прототип необслуживаемого автономного сигнального устройства обнаружения возгораний в природной среде, прилегающей к жилым комплексам и охраняемым объектам, что защищено патентом РФ. Продемонстрирована его работоспособность.

Достоверность полученных результатов обеспечена использованием современных методов и аттестованного оборудования, а также подтверждена публикацией основных результатов исследований в рецензируемых отечественных и зарубежных научных журналах.

Реализация результатов работы

Результаты исследований были использованы при выполнении проектов:

- соглашение № 16-19-10625 «Развитие физико-технологических основ формирования автономной термоэлектрической батареи с источником тепла на основе термитного материала», грант Российского Научного Фонда;

- «Разработка элемента выделения тепла в термоэлектрической батарейке на основе термитных материалов», УМНИК, 13265ГУ/2018, грант Фонда Содействия Инновациям;

- «Наноразмерные порошковые источники тепловой энергии с заданными характеристиками для электронных устройств мгновенного срабатывания», №20-32-90219\20, грант Российского Фонда Фундаментальных Исследований.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих всероссийских и международных конференциях:

- 5th International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures «SPbOPEN-2017» (Saint-Petersburg, Russia), 2017 г.;

- 4th Central and Eastern European Conference on Thermal Analysis and Chemistry, CEEC TAC 4, Kishinau, Moldova, 2017 г.;

- XIV Международная научно-практическая конференция «Комплексная безопасность и физическая защита», Санкт-Петербург, Россия, 2018 г.;

- 5th International conference on renewable energy «ICREN 2018» (Barcelona, Spain). 2018 г.;

- Международный форум «Микроэлектроника 2018» - научная конференция «Электронная компонентная база и микроэлектронные модули», г. Алушта, респ. Крым, 2018 г.;

- 6-я международная научно-техническая конференция «Технологии микро- и наноэлектроники в микро- и наносистемной технике», ИНМЭ РАН, Москва, 2019 г.;

- 5th Central and Eastern European Conference on Thermal Analysis and Calorimetry (CEEC-TAC5) and 14th Mediterranean Conference on Calorimetry and Thermal Analysis (Medicta2019), Rome, 2019 г.;

- XVII Всероссийская с международным участием школа - семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых имени академика А.Г. Мержанова. Черноголовка, 2019 г.;

- 26-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2019» Россия, г. Зеленоград, 2019 г.;

- IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2019, Zelenograd, Russia, 2019 г.;

- Международный форум «Микроэлектроника 2020» - научная конференция «Электронная компонентная база и микроэлектронные модули» г. Ялта, респ. Крым, 2020 г.;

- Международный форум «Микроэлектроника 2021» - научная конференция «Электронная компонентная база и микроэлектронные модули» г. Алушта, респ. Крым, 2021 г.;

- 4th International Conference on Nanomaterials Science and Mechanical Engineering, University of Aveiro, Portugal, 2021 г. (ICNMSME-2021);

- Фестиваль науки и технологий «Техносреда» г. Москва, 2021 г.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Оптимизация состава и условий формования смесей Al/Ni позволяет повысить энергетическую эффективность и надежность инициирования тепловыделяющего элемента, благодаря добавлению Fe3O4. Увеличение давления прессования смеси Al/Ni повышает ее энергетическую эффективность, однако увеличение давления прессования выше 160 МПа не является целесообразным.

2. Разработанный элемент выделения тепла не теряет свойств со временем и позволяет при оптимизации его массогабаритных характеристик добиться максимальной

продолжительности работы термоэлектрического генератора с заданными электрическими характеристиками.

3. Комбинация высокоэнергетического материала с добавлением УНТ и БФ-4 позволяет наносить материал по технологии 3D-печати. Последующая термообработка позволяет повысить эффективность инициирования экзотермической реакции лазерным излучением.

4. Автономный прототип термоэлектрического генератора с разработанным элементом выделения тепла на основе высокоэнергетического материала Al/Ni: Al/Fe3O4 (75:25) и нагрузкой из 5 светодиодов (рабочее напряжение от 2 В) демонстрирует работоспособность на протяжении 90 секунд.

Публикации

Основное содержание диссертационной работы изложено в 21 публикации, в том числе в 3 статьях журналов из перечня ВАК, в 5 статьях зарубежных изданий, включенных в системы цитирования Scopus и Web of Science, 12 тезисах и докладах в сборниках трудов конференций, а также в 1 патенте РФ на изобретение.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованных литературных источников и 3 приложений. Изложена на 145 страницах, содержит 12 таблиц и 79 рисунков. Список использованной литературы включает 107 источников.

Личный вклад соискателя

Автор принимал участие в постановке целей и задач исследования, в определении путей их решения, в обработке и интерпретации всех экспериментальных данных и обобщении полученных результатов. Участие коллег соискателя в исследованиях отражено в виде их соавторства в опубликованных работах. Результаты, выносимые на защиту и составляющие научную новизну работы, были получены автором диссертации лично.

Глава 1. Аналитический обзор литературы

1.1 Актуальность систем обнаружения возгораний

Согласно данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, Российская федерация является лидером в мире по запасам древесины, которые составляют около 20% от общемирового объема (82 млрд м3). Однако, лесные пожары представляют серьезную угрозу для сохранения лесов. Лесной пожар - это неуправляемое распространение огня в лесных зонах, которое наносит значительный экологический и экономический ущерб для страны. Лесные пожары могут повредить как большие лесные массивы, так и отдельные объекты, включая здания и жилые комплексы (например, города, деревни, коттеджные поселки). В 2004 году поселок Чашинский Кетовского района Курганской области был уничтожен из-за лесного пожара, погибло 7 человек, уничтожению 325 домов. Трагедия произошла из-за задержки оповещения местных жителей о пожаре. Весной 2022 года в Курганской области несколько раз был объявлен режим ЧС в связи с угрозой масштабного распространения лесного пожара, потушить который удалось только благодаря привлечению специальной техники и дополнительных сил из других регионов страны. Но несмотря на это последствием такого пожара стало уничтожение более 43 тысячи гектар леса, 870 строений и 2 человеческих жизней. В мае 2023 года пожар унес 21 жизнь, люди не смогли вовремя эвакуироваться из пригородных и дачных районов города Кургана (300 жилых домов и 3,9 тысяч дачных строений уничтожены огнем) [1].

На территории лесного фонда РФ ежегодно регистрируют от 15 до 30 тысяч лесных пожаров, которые охватывают площади от 0,3 до 2,4 млн гектар. Однако тенденция роста площадей пожара с каждым годом сохраняется. В 2021 году, по данным МЧС РФ, природные пожары отличались масштабностью. Ежегодный ущерб от лесных пожаров составляет ежегодно около 500 миллиардов рублей [2].

С каждым годом площади лесных пожаров увеличиваются, что в замкнутом цикле ведет к выбросам диоксида углерода в атмосферу и влечет за собой усиление парникового эффекта в совокупности с дальнейшим повышением среднегодовой температуры (Рис. 1.1).

Рисунок 1.1 - Визуализация соотношения выброса диоксида углерода в атмосферу во время лесных пожаров [3]

Таким образом, при более эффективной борьбе с разрушительной стихией возможно постепенное уменьшение тенденции к возникновению возгораний. Человеческий фактор является неотъемлемой частью возникновения пожаров как намеренного характера, так и по неосторожности или несоблюдению правил безопасности, культуры поведения и утилизации отходов. Например, стеклянная бутылка, оставленная охотниками на лесной опушке после привала, даже через несколько лет может стать инициатором крупного лесного пожара в любом регионе мира.

Но особое внимание стоит уделить разнообразию климатических зон России. Самая обширная - это территория Крайнего Севера (примерно, 70 % от общей территории страны). Несмотря на экстремально суровый климат, на ней проживает порядка 9,8 млн. человек (статистика населения на 1.01.2020 [4]), которые рассредоточены на удаленные и труднодоступные города и районы. Здесь встречается такое явление, как вечная мерзлота, которая составляет около 11 млн.км2 Технологии строительства зданий, как и условия энергообеспечения здесь, требуют особых технологических решений ввиду особенностей температурного режима. Особое внимание уделяется безопасности, так как зоны Севера и Арктики труднодоступны для МЧС, и спасательные или поисковые экспедиции реализуемы зачастую только на вертолетах [5]. Несмотря на низкие среднегодовые температуры, сезонная

пожароопасность в таких регионах повышена. Так, 2021 год стал аномальным для Якутии (жаркое и сухое лето с температурным максимумом +33 °С), что привело к возникновению более 1700 очагов лесных пожаров общей площадью 8 млн гектар, а сумма причиненного ущерба превысила 3,7 млрд рублей [6].

В связи с этим разработка устройств по мониторингу лесных пожаров в комплексной системе раннего обнаружения возгораний - это актуальное направление для ученых-разработчиков, и в этой сфере уже известен ряд технических решений.

В настоящее время существуют различные способы по отслеживанию и предупреждению чрезвычайных ситуаций, связанных с пожарами, как в лесных массивах, так и на примыкающих жилых территориях. Например, мониторинг и контроль возгорания с помощью космического слежения или авиапатрулирования [7]. Однако способы наблюдения с привлечением дорогостоящей техники и топлива являются экономически затратными и не позволяют моментально обнаружить очаг возгорания, а также следить за фронтом распространения в течение продолжительного времени. С этой точки зрения более привлекательны наземные системы видеомониторинга или ИК-фиксации повышения температуры [8]. Мониторинг местности реализуется посредством тепловизионной камеры и видеокамеры, закрепленных на вышках сотовой связи, с последующей передачей данных на центральный сервер для анализа изображений [9]. Известным решением является проект «Лесохранитель» [10]. Это система дистанционного видеомониторинга, устанавливаемая на антенно-мачтовых сооружениях. Однако для корректной работы такой системы требуется наличие стационарного обслуживаемого источника электроэнергии или постоянное подключение к единой электрической сети, что затруднительно для отдаленных регионов страны.

Автоматическое определение местоположения лесных пожаров возможно благодаря использованию перфорированные труб с датчиками температуры, которые соединены полупроводниками с резисторами и перемычками из легкоплавящегося материала. Путем сравнения допустимых значений температуры в трубах и изменения сопротивления сигнальных проводников можно определить границы лесного пожара на лесопожарной карте. Информация передается через каналы сотовой связи в диспетчерский центр, благодаря солнечным элементам, которые являются источником питания для системы. [11]. Недостатком данного способа является затруднение передачи

данных от системы датчиков по каналам сотовой связи к диспетчеру из-за наличия солнечной батареи в качестве единственного источника питания. В условиях отсутствия солнечного света и необходимости обслуживания солнечного элемента, например очистки поверхности от листвы, пыли и грязи, система может работать нестабильно.

Детектировать лесные пожары также можно с помощью устройства, которое представляют собой корпус с электромагнитной катушкой, элементом с памятью формы в виде пружины и электронным модулем передачи сигнала [12]. При достижении порогового значения температуры материал с памятью формы разжимается и приводит в движение сердечник электромагнитной катушки, при перемещении которого начинает генерироваться энергия для питания электронного модуля. Недостатком данного устройства является вероятность неконтролируемого перемещения сердечника в электромагнитной катушке, что может привести к генерации недостаточного количества энергии для питания модуля передачи сигнала.

Еще одним техническим решением является устройство с пьезоэлектрическим элементом. Оно включает в себя температурный чувствительный элемент, состоящий из материала с памятью формы, который одновременно является источником неэлектрической энергии; преобразователь неэлектрической энергии в электрическую, представляющий пьезоэлектрический элемент; интегральный модуль передачи сигнала, предупреждающий о пожаре [13]. Суть работы данного устройства заключается в том, что при достижении температуры порогового значения температурный чувствительный элемент механически воздействует на пьезоэлектрический элемент, который передает электрическую энергию в модуль передачи сигнала. Главным недостатком данного технического решения является тот факт, что электрическая энергия, вырабатываемая в момент одноразового механического воздействия чувствительного элемента на пьезоэлектрический элемент, может оказаться недостаточной для передачи радиосигнала, требующего продолжительного времени. Также с течением времени происходит деградация электрофизических параметров пьезоэлектрического элемента, которые влияют на величину генерируемой им электрической энергии.

Привлекательным направлением в разработке устройств, способных вырабатывать электрическую энергию и питать портативные модули передачи сигнала, являются устройства на основе термоэлектрических генераторов.

1.2 Термоэлектрические генераторы

Термоэлектрические устройства преобразования энергии (термоэлектрические генераторы), работающие на эффекте Зеебека, благодаря своей надежности при эксплуатации, простой конструкции, отсутствию подвижных частей механизма и стабильности выходных характеристик, являются неотъемлемой частью различных систем энергообеспечения [14]. Генерация электрической энергии происходит в результате преобразования тепла различных источников: от бросового тепла работающего двигателя автомобиля до радиоизотопного топлива [15].

Для обеспечения оптимальной работы термоэлектрического модуля необходимо создать и поддерживать градиент температур между нижней и верхней поверхностями модуля. Таким образом, необходимо использовать с одной стороны источник тепла, который создает тепловой поток, а с другой стороны использовать радиатор, который отводит тепло за счет рассеивания, тем самым поддерживая эту часть в охлажденном состоянии.

1.2.1 Источники тепла для термоэлектрических генераторных модулей

Классификация источников тепла для термоэлектрических генераторных модулей традиционно определяется природой возникновения энергии: топливные, радиоизотопные, утилизационные и солнечные. Однако источники тепла напрямую влияют на конструкцию, время работы и автономность устройства.

Преобразовать «сбросное» тепло выхлопных или печных газов, а также выделяющееся тепло при работе, например атомного реактора, стало возможно благодаря утилизационным термоэлектрическим генераторам. Такие решения являются стационарными и направлены на повышение эффективности работы тепловых машин, а не на обеспечение автономной работы. В частности, классическая выхлопная система семейного автомобиля, движущегося с нормальной скоростью, рассеивает 20-30 кВт мощности [16]. Существует также ряд устройств с ТГМ, преобразующих тепло двигателя автомобиля в электричество, причем механизм, позволяет подстраиваться под изменяющуюся интенсивность теплового потока от источника тепла. Известно техническое решение, в котором предложена конструкция портативного термоэлектрического зарядного устройства, содержащего термоэлектрический генератор, литий-ионный аккумулятор, модуль выхода электрической энергии и

тепловую систему [17]. Недостаток данного технического решения заключается в том, что для его эксплуатации необходим стационарный источник тепла, такой как нагретый трубопровод или нагретый котел, что ограничивает возможности его использования. В связи с этим данное термоэлектрическое устройство является частично автономным. Еще одним запатентованным решением является устройство, в котором предложена система и метод генерации электрической энергии, включающие термоэлектрический модуль генерации электроэнергии и контролируемый источник тепла [18]. Недостатком данного технического решения является то, что теплопроводные коллекторы и резистивные нагревательные элементы являются стационарным.

В радиоизотопных ТЭГ используется тепло, выделяющееся в результате распада радионуклидов [19]. Конструкция подобного устройства описана в работе [20]. Бесспорными преимуществами радиоизотопного топлива являются высокая плотность энергии, стабильность свойств, продолжительный период полураспада. Термоэлектрические системы с радиоизотопными источниками тепла - надежные автономные источники энергии, применяемые на космических аппаратах. Тем не менее, используемые материалы должны отвечать требованиям безопасности, иметь сравнительно низкую себестоимость и возможность использования в экстремальных условиях окружающей среды.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Переверзева Светлана Юрьевна, 2023 год

Список используемых источников

1. В Курганской области число погибших при пожарах выросло до 21 // ТАСС [Электронный ресурс]. URL: https://tass.ru/proisshestviya/17707255 (Дата обращения: 20.05.23).

2. Гаврилов, С. А. Автономный датчик для обнаружения возгораний / Д. Г. Громов, Е. А. Лебедев, С. Ю. Переверзева, С. В. Дубков // Комплексная безопасность и защита. Труды VII Мемориального семинара профессора Б. Е. Гельфанда XIV международная научно-практическая конференция. - 2018. - С. 303-307.

3. Климат влияет на пожары. Или пожары влияют на климат? // ТАСС [Электронный ресурс]. URL: https://greenpeace.ru/blogs/2019/06/14/klimat-vlijaet-na-pozhary-ili-pozhary-vlijajut-na-klimat. (Дата обращения: 15.03.23).

4. Перечень районов Крайнего Севера и приравненных к ним местностей (по муниципальному устройству субъектов Российской Федерации) на 1 января 2020 года. // ТАСС [Электронный ресурс]. URL: http://www.gks.ru/bgd/regl/b20_22/Main.htm (Дата обращения: 05.05.23).

5. Молчанов, В. П. Риски чрезвычайных ситуаций в Арктической зоне Российской Федерации / В. П. Молчанов, В. А. Акимов, Ю. И. Соколов // Москва : Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России. - 2011. - C. 300.

6. В Якутии ущерб от лесных пожаров в 2021 году превысил 3,7 млрд рублей // ТАСС [Электронный ресурс]. URL: https://tass.ru/proisshestviya/13164579 (Дата обращения: 05.05.23).

7. Кудрин, А. Ю. Современные методы обнаружения и мониторинга лесных пожаров / А. Ю. Кудрин, А. И. Запорожец, Ю. В. Подрезов // Технологии гражданской безопасности. - 2006. - № 4. - С. 66-67.

8. Воробьев, Е. В. Технические компоненты для создания системы раннего обнаружения лесных пожаров / Е. В. Воробьев, А. Я. Номерчук, К. К. Арутюнов, Г. Г. Лисовой, В. И. Плотников // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2015. - С. 158-165.

9. Патент № 2486594С2 РФ. Система мониторинга лесных пожаров и комплексная система раннего выявления лесных пожаров, построенная по принципу разносенсорного панорамного обнаружения местности с высокочастотным

определением очага возгорания : RU2011135773/08A : заявл. 29.08.2011 : опубл.

27.06.2013 / Евтушенков В. П., Зубов Д. Л., Мироничев С. Ю.

10. Система дистанционного мониторинга и управления «ЛЕСОХРАНИТЕЛЬ» // [Электронный ресурс]. URL: https://lesohranitel.ru (Дата обращения: 13.04.23).

11. Патент № 2457875С1 РФ. Способ автоматического установления местоположения лесного пожара : RU2011103896/12A : заявл. 04.02.2011 : опубл. 10.08.2012 / Панарин М. В. и др.

12. Patent No. 3044802 А1 France. Energetically autonomous forest fire detection device and method for detecting fired fires using such a device : FR1561889A : App.

09.09.2014 : Publ. 19.01.2018 / Hautcoeur А., Eberhardt А.

13. Patent No. WO 2016151250 A1 France. Energetically self-contained device for detecting forest fires and method for detecting forest fires implementing such a device : PCT/FR2016/050646 : App. 24.03.2016 : Publ. 29.09.2016 / Hautcoeur А., Eberhardt А.

14. Niu, X. Experimental study on low-temperature waste heat thermoelectric generator / X. Niu, J. Yu, S. Wang // S. Journal of Power Sources. - 2009. - V. 188. - № 2. - P. 621-626.

15. Riffat, S. Thermoelectrics: a review of present and potential applications / S. Riffat, X. Ma // Applied Thermal Engineering. - 2003. - V. 200323. - № 8. - P. 913-935.

16. Rowe, D.M. Thermoelectrics, an environmentally-friendly source of electrical power / D.M. Rowe // Renewable Energy. - 1999. - V. 16. - №. 1-4. - P. 1251-1256.

17. Patent No. 103825309 China. Design method for portable thermoelectric generating device for charging electronic products : CN201210463825.8A : App. 18.11.2012 : Publ. 28.05.2014 / Shao, Mingxu.

18. Patent No. CN106662374A China. Thermoelectric heating/cooling devices including resistive heaters : CN201480080715.0A : App. 23.05.2014 : Publ. 25.08.2020 / Crocodile P., Mahadevan R., Dean P. A.

19. Lange, R. G. Review of recent advances of radioisotope power systems / R. G. Lange, W. P. Carroll // Energy Conversion and Management. - 2008. - V. 49. - No. 3. - P. 393-401.

20. Patent No. US3167482A US. Fuel element : US194206A : App. : 11.05.1962 : Publ. 26.01.1982 / Katz Kurt.

21. Hamid, E. M. A review on thermoelectric renewable energy: Principle parameters that affect their performance / M. Hamid Elsheikh, D. A. Shnawah, M. F. M. Sabri et. al. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2014. - V. 30. - P. 337-355.

22. Deng, Y. Enhanced performance of solar-driven photovoltaic-thermoelectric hybrid system in an integrated design / Y. Deng, W. Zhu, Y. Wang, Y. Shi // Solar Energy. - 2013. - V. 88.-P. 182-191.

23. Patent No. 204559207 China. A kind of portable thermoelectric charging device : CN201520307933.5U : Publ. 12.08.2015 / He Weiru.

24. Лебедев, Е. А. Разработка процессов формирования и исследование свойств выделения тепла и накопления энергии для термоэлектрических батарей: дис. ... канд.техн. наук: 05.27.06 / Лебедев Егор Александрович. - М., 2017. - 184 c.

25. Патент № RU 2658494 C1 РФ. Автономный портативный термоэлектрический источник питания : RU2017112894A : заявл. 14.04.2017 : опубл. 21.06.2018 / Дубков С. В., Громов Д. Г., Шерченков А. А., Штерн Ю. И., Гаврилов С. А., Лебедев Е. А., Дронов А. А.

26. Esteve, A. How Thermal Aging Affects Ignition and Combustion Properties of Reactive Al/CuO Nanolaminates: A Joint Theoretical/Experimental Study /A. Esteve, G. Lahiner, B. Julien, S. Vivies, N. Richard and C. Rossi //Nanomaterials. - 2020. - V. 10. - No. 10.-P. 2087.

27. Kazuhisa, Shobu. CaTCalc: New thermodynamic equilibrium calculation software // Calphad. - 2009. - V. 33. - Issue 2. - P. 279-287.

28. Bale, C. W. FactSage thermochemical software and databases / C. W. Bale, P. Chartrand, S. A. Degterov, G. Eriksson, K. Hack et. al. // Calphad. - 2002. - P. 189-228.

29. Davies, R. H. MTDATA - Thermodynamic and phase equilibrium software from the national physical laboratory / R. H. Davies, A. T. Dinsdale, J. A. Gisby, J. A. J. Robinson, S. M. Martin // Calphad: Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. -2002. - V. 26. - No. 2. - P. 229-271.

30. Puszynski, J. A. Processing and Ignition Characteristics of Aluminum-Bismuth Trioxide Nanothermite System / J. A. Puszynski, C. J. Bulian, J. J. Swiatkiewicz // Journal of Propulsion and Power. - V. 23. - No. 4. - P. 698-706.

31. Greason, W. D. Electrostatic discharge characteristics for the human body and circuit packs / W. D. Greason // Journal of Electrostatics. - 2003. - V. 59. - No. 3-4. - P. 285-300.

32. Talawar, M. B. Primary explosives: Electrostatic discharge initiation, additive effect and its relation to thermal and explosive characteristics / M. B. Talawar, A. P Agrawal., M. Anniyappan, D. S. Wani, M. K. Bansode, G. M. Gore // Journal of Hazardous Materials. -2006. - V. 137. - No. 2. - P. 1074-1078.

33. Talawar, M. B. Primary explosives: Electrostatic discharge initiation, additive effect and its relation to thermal and explosive characteristics / M. B. Talawar, A. P. Agrawal, M. Anniyappan, D. S. Wani, M. K. Bansode, and G. M. Gore // Journal of Hazardous Materials. -2006. - V. 137. - No. 2. - P. 1074-1078.

34. Bockmon, B. S. Combustion velocities and propagation mechanisms of metastable interstitial composites / B. S. Bockmon, M. L. Pantoya, S. F. Son, B. W. Asay, J. T. Mang // Journal of Applied Physics. - 2005. - V. 98. - No. 6. - P. 064903.

35. Plantier, K. B. Combustion wave speeds of nanocomposite Al/Fe2O3: the effects of Fe2O3 particle synthesis technique / K. B. Plantier, M. L. Pantoya, A. E. Gash // Combust. Flame. - 2005. - V. 140. - No. 4. - P. 299-309.

36. Ward, T. S. A study of mechanical alloying processes using reactive milling and discrete element modeling / T. S. Ward, W. Chen, M. Schoenitz, R. N. Dave, E. L. Dreizin // Acta Materialia. - 2005. - V. 53. - No. 10. - P. 2909-2918.

37. Tillotson, T.M. Nanostructured energetic materials using sol-gel methodologies / T. M. Tillotson, A. E. Gash, R. L. Simpson, L. W. Hrubesh, J. H. Jr Satcher, J. F. Poco // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2001. - V. 285. - No. 1-3. - P. 338-345.

38. Grigorieva, T. F. Mechanochemical synthesis of intermetallic compounds / T. F. Grigorieva, A. P. Barinova, N. Z. Lyakhov // Usp. Khim. - 2001. - V. 70. - No. 1. - P. 52-71.

39. Peiris, S. M. Static Compression of Energetic Materials / S. M. Peiris, G. J. Piermarini. - Springer Berlin Heidelberg, 2008. - 340 p.

40. Kim, J. H. Laser ignition and controlled explosion of nanoenergetic materials: The role of multi-walled carbon nanotubes / J. H. Kim, M. H. Cho, K. J. Kim, S. H. Kim // Carbon. - 2017. - V.118. - P. 268-277.

41. Visconti, P. Fabrication and remote laser ignition of Al/CuO energetic nanocomposites incorporated with functional dyes for enhanced light absorption / P. Visconti,

P. Primiceri, R. Fazio, L. Strafella, A. Ficarella, A. Carlucci // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. - 2020. - V. 82. - P. 50-56.

42. Yan, Q.-L. Highly energetic compositions based on functionalized carbon nanomaterials /Q.-L. Yan, M. Gozin, F.-Q. Zhao, A. Cohen, S.-P. Pang//Nanoscale. -2016. -V. 8.-No. 9.-P. 4799-4851.

43. Thakur, P. Study of energy release in Fe2O3/Al nano-thermite with graphene as an additional fuel / P. Thakur, V. Sharma, N. Thakur // Physica B: Condensed Matter. - 2021. - V. 610.-P. 412803.

44. Sharma, M. Effect of carbon nanotube addition on the thermite reaction in the Al/CuO energetic nanocomposite / M. Sharma, V. Sharma // Philosophical Magazine. - 2017. -V. 97.-No. 22.-P. 1921-1938.

45. Sui, H. Interaction between Single-Walled Carbon Nanotubes and Reactive Nanoparticle Constituents in Multilayered Al/NiO Nanocomposite / H. Sui, B. Li, J. Z. Wen // ACS Applied Energy Materials. - 2018.

46. Kim, J. H. Optical ignition of nanoenergetic materials: The role of single-walled carbon nanotubes as potential optical igniters / J. H. Kim, J. Y. Ahn, H. S. Park, S. H. Kim // Combustion and Flame. - 2013. - V. 160. - No. 4. - P. 830-834.

47. Trewartha, S. Mechanism of Laser Initiated Carbon Nanotube Ignition / S. Trewartha, R. Appleby, J. R. Gascooke, J. G. Shapter // Propel. Expl. Pyrot. - 2018. - V. 43. -P. 1.

48. Барабанно-шаровая мельница // Недро.вики-горная энциклопедия [Электронный ресурс]. URL: https://nedro.wiki/index.php/Барабанно-шаровая мельница (Дата обращения: 20.05.23).

49. Levashov, E. A. Mechanoactivation of SHS Systems and Processes / E. A. Levashov, V. V. Kurbatkina, A. S. Rogachev, N. A. Kochetov // Int. J. SHS. - 2007. - V. 16. -No. 1.-P. 46-50.

50. Khina, B. B. Effect of Mechanical Activation on SHS: Physicochemical Mechanism / B. B. Khina // Int. J. SHS. - 2008. - V. 17. - No. 4. - P. 211-217.

51. Grigor'eva, T. Combination of SHS and Mechanochemical Synthesis for Nanopowder Technologies / T. Grigor'eva, M. Korchagin, N. Lyakov // KONA: Powder Particles. - 2002. - No. 20. - P. 144-158.

52. Korchagin, M. A. The Effect of Mechanical Treatment on the Rate and Limits of Combustion in SHS Processes / M. A. Korchagin, T. F. Grigor'eva, A. P. Bakhnova, N. Z. Lyakhov // Int. J. SHS. - 2000. - V. 9. - No. 3. - P. 307-320.

53. Долгобородов, А. Ю. Механоактивированный термитный состав AL/CUO / А. Ю. Долгобородов // Горение и взрыв. - 2018. - Т. 11. - №. 3. - C. 117-124.

54. Vadchenko, S. G. Thermal explosion in various Ni-Al Systems: Effect of mechanical activation / S. G. Vadchenko, O. D. Boyarchenko, N. F. Shkodich, A. S. Rogachev // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. - 2013. - V. 22. -No. 1.-P. 60-64.

55. Аввакумов, Е. Г. Механические методы активации химических процессов / Е. Г. Аввакумов. - Новосибирск: Наука, 1989. - 306 c.

56. Monk, I. Combustion of nanocomposite thermite powders. Dissertations Doc. of Phil. in Chem. Enginer. - 2018. - 199 p.

57. Zheng, D. 3D Printing of nAl/Polytetrafluoroethylene-Based Energy Composites with Excellent Combustion Stability / D. Zheng et al. // Advanced Engineering ceMaterials. -2021. - V. 23. - No. 5. - P. 2001252.

58. Mao, Y. F. et al. 3D Printing of MicroArchitected Al/CuO- Based Nanothermite for Enhanced Combustion Performance / Y. F. Mao et al. // Advanced Engineering Materials. -2019.-V. 21.-No.12.-P. 1900825.

59. Yuk, H. 3D Printing: A New 3D Printing Strategy by Harnessing Deformation, Instability, and Fracture of Viscoelastic Inks / H. Yuk, X. Zhao // Advanced Materials. - 2018. -V. 30.-No 6.-P. 1870037.

60. Shiryaev, A. Thermodynamics of SHS processes: an advanced approach / A. Shiryaev // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. - 1995. - Т. 4.-No. 4.-С. 351-362.

61. Сиротина, А. П. Исследование влияния морфологии каталитической системы Co-Mo-MgO на синтез углеродных нанотрубок / А. П. Сиротина, Ю. П. Шаман, А. В. Сыса, С. Ю. Переверзева, Е. А. Першина // Нано- и микросистемная техника. - 2019. - Т. 21.-№8. -С. 472-476.

62. Vadchenko, S. G. Gas Emission during Combustion of Mechanically Activated Ni-Al Mixtures / S. G. Vadchenko // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. - 2016. - V. 25. - No. 4. - P. 210-214.

63. Косточко, А. В. Стабилизация нитратцеллюлозных порохов / А. В. Косточко, Н. М. Ляпин, З. Т. Валишина // Учебное пособие. Издательство КНИТУ, 2013. - 184 c.

64. Итин, В. И. СВС-интерметаллиды - источник и основа нового поколения функциональных материалов / В. И. Итин, Ю. С. Найбороденко // Концепция развития СВС как области научно-технического прогресса. - 2003. - C.368.

65. Мержанов, А. Г. Твердопламенное горение / А. Г. Мержанов, А. С. Мукасьян.

- 2-е издание. - Москва : Общество с ограниченной ответственностью "ТОРУС ПРЕСС", 2007.-336 с.

66. Рощин, В. М. Технология материалов микро-, опто- и наноэлектроники / В. М. Рощин, М. В. Силибин. - Учебное пособие МИЭТ. - Москва, 2010. - Ч.2. - 180 c.

67. Lebedev, E. Investigation of the heat effects for the powder Al-Ni thermite materials / E. Lebedev, A. Babich, S. Nemtseva, S. Dubkov, W. Maniukiewicz, T. Maniecki, A. Sherchenkov, D. Gromov // Book of abstracts of the 4th Central and Eastern European Conference on Thermal Analysis and Calorimetry (CEEC-TAC4). - 2017. - P. 333.

68. Nemtseva, S. Y. Nano-sized AL-NI energetic powder material for heat release element of thermoelectric device / S. Y. Nemtseva, E. A. Lebedev, P. I. Lazarenko, S. A. Gavrilov, D. G. Gromov, Y. P. Shaman, R. M. Ryazanov // Journal of Physics: Conference Series. - 2018. - V. 1124. - P. 081027.

69. Щукин, А. С. Исследование взаимодействия продуктов горения системы Ni-Al с тугоплавкими металлами W, Mo и Ta: дис. ... канд. техн. наук: 01.04.17 / Щукин Александр Сергеевич. - Черноголовка, 2018. - 170 с.

70. Итин, В. И. Высокотемпературный синтез интерметаллических соединений / В. И. Итин, Ю. С. Найбороденко // Томск. Изд. Томского Унив-та. - 1989. - C.210.

71. Biswas, A. Comparison between the microstructural evolutions of two modes of SHS of NiAl: key to a common reaction mechanism / A. Biswas, S. K. Roy // Acta Materialia.

- 2004. - Т. 52. - No. 2. - С. 257-270.

72. Гаспарян, А. Г. Макрокинетика взаимодействия и тепловой взрыв в смесях порошков Ni и Al / А. Г. Гаспарян, А. С. Штейнберг // Физика горения и взрыва. - 1988. -Т. 24. - No. 3. -С. 67-74.

73. Левашов, Е. А. Перспективные материалы и технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза / Е. А. Левашов, А. С.

Рогачев, В. В. Курбаткина, Ю. М. Максимов, В. И. Юхвид // М.: Изд. Дом МИСиС, 2011. -377 с.

74. Рогачев, А. С. Горение для синтеза материалов: введение в структурную макрокинетику / А. С. Рогачев, А. С. Мукасьян // М.: Физматлит, 2012. - 400 с.

75. Шерченков, А. А. Интегральный изоконверсионный метод оценки параметров кристаллизации тонких пленок материалов фазовой памяти GeSbTe / А. А. Шерченков, С. А. Козюхин, А. В. Бабич, П. И. Лазаренко, А. И. Варгунин // Неорганические материалы. - 2017. - № 1. - P. 21-25.

76. El-Oyoun, M. A. An investigation of the kinetic transformation mechanism of Ge12.5Te87.5 chalcogenide glass under non-isothermal regime / M. A. El-Oyoun// Journal of Non-Crystalline Solids. - 2011. - V. 357. - № 7. - P. 1729-1735.

77. Brown, M. Handbook of Thermal Analysis and Calorimetry. / M. Brown. -Elsevier, 1998. - P. 677-691.

78. Хансен, М. Структуры двойных сплавов / М. Хансен, К. Андерко. - М.: Металлургиздат, 1962. - Т. 1, 2. - 1188 c.

79. Lebedev, E. A. Investigation of the thermal and combustion properties of energetic materials based on nanoscale Al, Ni and FeOx powder materials / E. Lebedev, S. Pereverzeva, A. Babich, D. Gromov, A. Sherchenkov, S. Timoshenkov // Book of abstracts of the 5th Central and Eastern European Conference on Thermal Analysis and Calorimetry (CEEC-TAC5) and 14th Mediterranean Conference on Calorimetry and Thermal Analysis (Medicta2019). Roma, Italy. - 2019. - P. 446.

80. Третьяков, Ю. Д. Твердофазные реакции / Ю. Д. Третьяков. - М.: Химия, 1978. -360 c.

81. Pismenskaya, E. B. Evolution of the phases during gasless thermal explosion in the systems Ni-Al and Ti-Al / E. B. Pismenskaya, A. S. Rogachev, V. I. Ponomarev, I. O. Khomenko // International Journal of SHS. - 1997. - V. 6. - P. 47.

82. Pereverzeva, S. Investigation of the Reaction Thermal Effects in Al-Ni-FeOx Energetic Nanopowder Material / S. Pereverzeva, E. Lebedev, D. Gromov, S. Gavrilov, Yu. Shaman, R. Ryazanov // IEEE. - 2019.

83. Gromov, D. The influence of compression conditions on the peculiarities of self-propagating exothermal reaction in Al-Ni powder reactive materials / D. Gromov, S.

Nemtseva et al. // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. - 2018. - V. 134. - No. 1. - P. 35-44.

84. Переверзева, С. Ю. Применение термитных смесей состава Al-Ni-Fe3O4 в термоэлектрических преобразователях энергии / С. Ю. Переверзева, Е. А. Лебедев, Д. Г. Громов и др. // XVII Всероссийская с международным участием школа - семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых имени академика А.Г. Мержанова : Сборник научных материалов, Черноголовка, 16-18 октября 2019 года. - Черноголовка: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова Российской академии наук.-2019.-С. 52-53.

85. Ананьев, С. Ю. Физико-химические превращения углеродных наноструктур и реакционно-способных смесей при ударно-волновых воздействиях : дис. ... канд. техн. наук: 01.04.14 / Ананьев Сергей Юрьевич. - М., 2018. - 113 с.

86. Лебедев, Е. А. Новый тепловыделяющий элемент на основе наноразмерных порошковых энергетических материалов Al-Ni-Fe3O4 для автономных термоэлектрических генераторов / Е. А. Лебедев, С. Ю. Переверзева, Д. Г. Громов, А. В. Сыса, С. А. Гаврилов // Российские нанотехнологии. - 2021. - Т. 16. - № 4. - С. 526-534.

87. Переверзева, С. Ю. Разработка технологии получения дисперсии на основе нанопорошков Al/Ni/Fe3O4 для нанесения на подложку методом аддитивной печати / С. Ю. Переверзева, Ю. П. Шаман, А. В. Сыса и др. // Наноиндустрия. - 2021. - Т. 14. - № S7(107). - С. 501-503.

88. Lebedev, E. A. A new heat-generating element based on Al-Ni-Fe3O4 nanosized powder energetic materials for autonomous thermoelectric generators / E. A. Lebedev, S. Y. Pereverzeva, D. G. Gromov, S. A. Gavrilov, A. V. Sysa//Nanobiotechnology Reports. -2021. - Т. 16. - № 4. - С. 480-487.

89. Mao, Y. F. et al. 3D Printing of MicroArchitected Al/CuO-Based Nanothermite for Enhanced Combustion Performance // Advanced Engineering Materials. - 2019. - V.21. - No. 1900825.

90. Yuk, H. 3D Printing: A New 3D Printing Strategy by Harnessing Deformation, Instability, and Fracture of Viscoelastic Inks / H. Yuk, X. Zhao // Advanced Materials. - 2018. -V. 30.-No. 6.-P. 1870037.

91. Labunov, V. Femtosecond laser modification of an array of vertically aligned carbon nanotubes intercalated with Fe phase nanoparticles / V. Labunov, A. Prudnikava, S. Bushuk, S. Filatov et. al. // Nanoscale Research Letters. - 2013. - V.8. - No. 375.

92. Переверзева, С. Ю. Получение энергетических композитных материалов на основе нанопорошков Al/Ni/Fe3O4 для применения в аддитивной технологии / С. Ю. Переверзева, Ю. П. Шаман, Е. А. Лебедев и др. // Наноиндустрия. - 2022. - Т.15. - № S8-2(113). - С. 384-388.

93. Nie, H. Combustion characteristic and aging behavior of bimetal thermite powders / H. Nie, H. Y. Chan, S. Pisharath, H. H. Hng // Defence Technology. - 2021. - V. 17. - No. 3. -P. 755-762.

94. Ke, X. Rapid fabrication of superhydrophobic Al/Fe2O3 nanothermite film with excellent energy-release characteristics and long-term storage stability / X. Ke, X. Zhou, G. Hao, L. Xiao, J. Liu, W. Jiang // Applied Surface Science. - 2017. - V. 407. - P. 137-144.

95. Bezmelnitsyn, A. Thiruvengadathan R. Combustion characteristics of novel hybrid nanoenergetic formulations / A. Bezmelnitsyn, S. Apperson, C. Staley, P. Redner, W. Balas, S. Nicolich, D. Kapoor, K. Gangopadhyay, S. Gangopadhyay // Combust. Flame. - 2011. - V. 158.-No. 5.-P. 964-978.

96. Переверзева, С. Ю. Возникновение проводимости в газовой среде при сгорании наноразмерных энергетических материалов системы Al/CuO / С. Ю. Переверзева, Ю. П. Шаман, Е. А. Лебедев и др. // Наноиндустрия. - 2020. - Т. 13. - № S4(99). - С. 513-514.

97. Kim, J. H. Optical ignition of nanoenergetic materials: The role of single-walled carbon nanotubes as potential optical igniters / J. H. Kim, J. Y. Ahn, H. S. Park, S. H. Kim // Combustion and Flame. - 2013. - V. 160. - No. 4. - P. 830-834.

98. Visconti, P. Light-Induced ignition of Carbon Nanotubes and energetic nano-materials: a review on methods and advanced technical solutions for nanoparticles-enriched fuels combustion / P. Visconti, P. Primiceri, R. de Fazio, L. Strafella, A. Ficarella, A. P. Carlucci // REVIEWS ON ADVANCED MATERIALS SCIENCE. - 2020. - V. 59.-No. 1.-P. 26-46.

99. Dudina, D. V. Fabrication of porous materials by spark plasma sintering: A review / D. V. Dudina, V. V. Bokhonov, E. A. Olevsky // Materials. - 2019. - V. 12, - No 3. - P. 541-549.

100. Okita, M. Spark Plasma Sintering (SPS) Method, Systems, and Applications / M. Okita // Handbook of Advanced Ceramics: Materials, Applications, Processing, and Properties: Second Edition. - 2013. - P. 1149-1177.

101. Переверзева, С. Ю. Возникновение проводимости в газовой среде при сгорании наноразмерных энергетических материалов системы Al/CuO / С. Ю. Переверзева, Ю. П. Шаман, Е. А. Лебедев и др. // Наноиндустрия. - 2020. - Т. 13. - № S5-2(102). - С. 571-576.

102. Переверзева, С. Ю. Исследование электропроводности пламени при сгорании энергетического материала Al/CuO / С. Ю. Переверзева, Д. Г. Громов, Ю. П. Шаман // В сборнике: Передовое развитие современной науки как драйвер роста экономики и социальной сферы. - 2020. - С. 45-50.

103. Lebedev, E. A. Influence of Composition on Energetic Properties of Copper Oxide - Aluminum Powder Nanothermite Materials Formed by Electrophoretic Deposition / E. A. Lebedev, L. I. Sorokina, A. Y. Trifonov, R. M. Ryazanov, S. Y. Pereverzeva // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. - 2021. - V. 47. - No. 2.

104. Lebedev, E. Features of the heat release element fabrication process based on thermite materials for thermoelectric devices / E. Lebedev, D. Gromov, S. Pereverzeva// Book of abstracts of 5th International conference on renewable energy «ICREN 2018» (Barcelona, Spain).-2018.-P. 10.

105. Conway, B. E. Transition from 'Supercapacitor' to 'Battery' Behavior in Electrochemical Energy Storage / B. E. Conway // Journal of The Electrochemical Society. -1991. - V. 138. - No. 6. - P. 1539-1548.

106. Патент № 2689633 C1 РФ. Энергетически автономное устройство для обнаружения возгораний : 2018129730 : заявл. 15.08.2018 : опубл. 28.05.2019 / С. В. Дубков, Д. Г. Громов, С. А. Гаврилов, С. Ю. Немцева и др.

107. Гаврилов, С. А. Автономный датчик для обнаружения возгораний / С. А. Гаврилов, Д. Г. Громов, Е. А. Лебедев, С. Ю. Переверзева, С. В. Дубков // Комплексная безопасность и физическая защита : Труды VII Мемориального семинара профессора Б. Е. Гельфанда XIV Международной научно-практической конференции. - 2018. - С. 303-307.

ПРИЛОЖЕНИЯ

АКТ

УТВЕРЖДАЮ

.^«ебноТГработе МИЭТ 4Г7_Балашов А.Г.

• V

«25» о^-у^ е^л 2023 г.

о внедрении результатов диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук Переверзевой С.Ю.

Настоящим актом подтверждается, что технология получения элементов выделения тепла на основе высокоэнергетических смесей, а также теория о их применении в термоэлектрических генераторах энергии, описанные в кандидатской диссертацией Переверзевой С.Ю. «Разработка и исследование высокоэнергетических тепловыделяющих материалов на основе А1 и оксидов металлов для автономных термоэлектрических сигнальных устройств»:

- используются для проведения практических занятий по дисциплине «Технология материалов электронной техники» ;

- используются для проведения практических занятий по дисциплине «Современные методы нанотехнологий»;

- используются в курсе лекций «Введение в специальность»;

реализующихся в Институте ПМТ по направлениях подготовки:

22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов» профиль «Технологии материалов и наноструктур», 28.03.03 «Наноматериалы» профиль «Инженерия наноматериалов», 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника» программы «Материалы и технологии функциональной электроники» и «Микроэлектроника и твердотельная электроника».

Зам. директора ИПМТ по ОД

Начальник АНОК

Железнякова А.В.

Никулина И.М.

УТВЕРЖДАЮ

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук Переверзевой С.Ю.

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной работы Переверзевой Светланы Юрьевны «Разработка и исследование высокоэнергетических тепловыделяющих материалов на основе А1 и оксидов металлов для автономных термоэлектрических сигнальных устройств» использовались в НПК «Технологический центр» при проведении исследований в научно-исследовательской лаборатории перспективных процессов по проекту «Исследование возможности создания микро- и наноструктур с использованием уникальных электрофизических и оптоэлектронных свойств наноматериалов», выполняемого в рамках государственного задания на 2021-2023 гг.

К.т.н., начальник НИЛ ПП

Исп. Кицюк Е.П. тел [phone]