Заглянем в завтра

Разработки ученых Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники имеют практическую направленность и большой потенциал для внедрения как внутри страны, так и за рубежом. Оно и понятно: результаты научной деятельности университета лежат в плоскости информационно-коммуникационных технологий, робототехники и наноиндустрии, что и обусловливает высокую востребованность во многих областях науки и техники. При этом они соответствуют одному из главных требований к разработкам и изобретениям — практической направленности. Пример того, как результаты изысканий могут быть поставлены на коммерческие рельсы, — деятельность одного из подразделений научно-исследовательской части ­БГУИР, лаборатории «Материалы и элементы электронной и сверхпроводниковой техники».

Горячая штучка

Одна из составляющих работы научно‑исследовательской лаборатории «Ма­териалы и элементы электронной и сверхпроводниковой техники» — разработка новых многофункциональных материалов на основе применения нанотехнологий. Именно здесь недавно предложили и разработали технологию изготовления энергосберегающих плоских алюминиевых нагревательных элементов с различной формой рабочей поверхности.

— Работа с углеродными наноматериалами, такими как углеродные нанотрубки и углеродные нановолокна, позволила найти для них новое коммерческое применение: использование в нагревателях, — рассказывает заведующий лабораторией Игорь Врублевский. — Многие ищут способы, как сделать нагреватели плоскими, чтобы обеспечить максимальную теплоотдачу от их рабочей поверхности. Мы обратили внимание на продукцию отечественного предприятия ОАО «СветлогорскХимволокно» — углеродную нить марки «Урал». Ряд испытаний показал, что она может быть использована в конструкции нагревательного элемента. Основной задачей при этом был поиск способа, как обеспечить ее контакт с проволочными электродами соединительных проводов нагревателя. Применив методы электрохимии, мы решили задачу, осадив на концы углеродной нити слой меди. Это решение позволило проводить стандартные процессы пайки и создать единую конструкцию нагревателя. В итоге увидели свет алюминиевые нагреватели с ленточным углеродным элементом — легкие, плоские, гибкие, с возможностью универсального применения. Что немаловажно: такие нагреватели — импортозамещающая продукция.

Спектр возможного использования энергосберегающих плоских алюминиевых нагревательных элементов довольно широк — от автомобильной и электронной промышленности до строительства и приборостроительной отрасли. Например, с появлением БелАЭС активизировалось проектирование зданий с электроотоплением. В таких домах явно пригодится плоский нагреватель, который запросто можно использовать в системах обогрева.

В конструкции универсального алюминиевого нагревателя с ленточным углеродным элементом используются специальные виды изолирующих материалов, что позволяет изготавливать их эластичными и в то же время механически прочными. Отличают эти изделия также легкость монтажа и надежное крепление, предотвращающее самопроизвольное соскальзывание и не требующее постоянного подкручивания или подтягивания. 

Разработкой ученых ­БГУИР уже заинтересовались предприятия машиностроительной отрасли. Отрадно, что применение инновационной продукции найдено в сверхвостребованной сегодня нише — производстве электротранспорта.

— Минувшей осенью в рамках Белорусского энергетического и экологического форума в Минске проходила выставка «Энергетика. Экология. Энергосбережение. Электро», — вспоминает Игорь Врублевский. — Во время работы экспозиции представители ­БГУИР пообщались со специалистами Объединенного института машиностроения НАН Беларуси. Те поделились наболевшим: для разрабатываемого на МАЗе малотоннажного электрогрузовика нужны нагревательные элементы для поддержания оптимальной работы аккумуляторных батарей при низких температурах. Покупать стандартные нагреватели? Они большие, дорогие, да и энергоэффективность невелика. А вот разработка ­БГУИР машиностроителей заинтересовала: места нагреватель практически не занимает — крепится вплотную к аккумуляторной батарее, работу свою выполняет быстро и исправно. По заказу машиностроителей была изготовлена пробная партия из 200 изделий.

Международная выставка телекоммуникационных и информационных технологий Cairo ICT. Египет, 2020 год.

Дальше — больше. С учетом общемировой тенденции к увеличению количества используемой автотехники на электрической тяге разработка белорусских ученых может быть с успехом использована при проектировании новых транспортных средств. Главное — наращивать взаимодействие между разработчиками и производителями продукции для машиностроительной отрасли. В ­БГУИР готовы к такому сотрудничеству.

Солнце в коллекторе

Еще одна перспективная разработка специалистов НИЛ «Материалы и элементы электронной и сверхпроводниковой техники» — технология получения светопоглощающих композитных покрытий для солнечных коллекторов.

Никита Лушпа, сотрудник НИЛ «Материалы и элементы электронной и сверхпроводниковой техники», обладатель стипендии 
Президента Республики Беларусь в 2021 году.

Солнечный коллектор — это устройство для поглощения и накапливания тепловой энергии Солнца, переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество, коллектор производит нагрев теплоносителя.

Белорусы предложили использование электрохимических процессов для получения светопоглощающих композитных покрытий, в то время как сейчас на Западе активно используют вакуумные процессы. Наша технология может на равных конкурировать с любыми другими и способна принести хорошую прибыль.

— На вновь созданные материалы, поглощающие свет, получают патенты, — напоминает Игорь Врублевский. — Производство тех же солнечных коллекторов тесно связано с использованием чьей‑то интеллектуальной собственности. Отсюда высокая добавочная стоимость изделий. Мы создали свою технологию и получили патент.

Руководитель приоткрывает завесу коммерческой тайны: основой для создания покрытий, избирательно поглощающих свет, служит нанопористый анодный оксид алюминия, формируемый методом электрохимического анодирования. Низкое отражение и высокое поглощение достигаются как за счет размещения внутри оптически прозрачного материала массивов наночастиц металлов, поглощающих световое излучение как в результате плазмонного резонанса, так и за счет рассеивания пористой структурой пленки. Микроструктура материала с массивом наноразмерных каналов из‑за многократного переотражения излучения между соседними каналами не позволит выйти ему наружу. Использование новых подходов для создания селективных поглощающих покрытий позволило улучшить характеристики поглощения, сделав их наилучшими для поглощающих покрытий солнечных коллекторов, применяемых и разрабатываемых в настоящее время. Кроме того, использование электрохимических технологий позволило снизить стоимость самого поглощающего покрытия.

— Мы уже отработали все процессы производства, для выхода технологии на промышленные рельсы нужно лишь найти подходящего бизнес‑партнера, — делится мыслями Игорь Врублевский. — Потенциал у разработки реально высок. Среди основных преимуществ наших светопоглощающих композитных покрытий — равномерная окраска и износостойкость, долговечность (более десяти лет). Кроме того, у покрытий высокая эффективность (поглощение ~ 96 процентов, теплоотдача ~ 4 процента). Так зачем платить немалые деньги за чужую интеллектуальную собственность, если есть возможность использовать достижения отечественной науки.

ФАКТ

Разработанные в ­БГУИР селективные светопоглощающие покрытия обладают высокой световой и коррозионной стойкостью, поскольку их цвет обусловлен не чувствительными к ультрафиолету частицами металла. Более того, наночастицы металлов имеют равномерное распределение по всему объему пор анодного оксида алюминия, что обеспечивает такому композитному материалу насыщенный черный цвет.

Технологические особенности плоских алюминиевых нагревательных элементов от ­БГУИР — возможность их изготовления по спецификации заказчика с заданными размерами, напряжением, мощностью и формой, сверхтонкая толщина, равномерное распределение температуры по всей поверхности, возможность монтажа при помощи обычных крепежных элементов, широкие возможности контроля температуры нагревателя с помощью встроенных температурных датчиков, высокая скорость нагрева, минимальные потери тепла.

Сергей ­ШИРОКОВ.
Фото НИЧ БГУИР.

УНП 100347005