Материал: Инновационные технологии и материалы. сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых

экспериментальным путем и подбор режимов работы индикатора для определенных газов и продуктов сгорания; подключение прибора к системе кондиционирования салона автомобиля и обеспечение подачи большего потока воздуха при обнаружении опасности отравления; разработка рекомендации по практическому использованию микроэлектронного индикатора утечек токсичных и взрывоопасных газов в автомобилях.

Результаты НИОКР, полученные на данный момент. На данный момент получены образцы, выполненные по микроэлектронной технологии. Датчик газа содержит чувствительный слой из SnO2, нагреватель из слоя платины сопротивлением 22 Ом. Для десорбции и дегазации чувствительного слоя SnO2 был применен изотермический отжиг при температуре 500оС. Исследовалась газовая чувствительность тестовых структур к парам пропана, бутана, водорода в воздухе. Величина газовой чувствительности определялась как отношение сопротивления чувствительного элемента на воздухе к сопротивлению чувствительного элемента в парах исследуемого газа. Максимальная газовая чувствительность (3 отн. ед.) наблюдается при температуре 2870С, то есть изменение сопротивление чувствительного элемента в 3 раза.

После исследования рынка полупроводниковых датчиков газа мы убедились, что наши датчики стоят намного дешевле своих конкурентов из Японии. Представители фирмы Figaro оценивают свой товар в 7-8 $, тогда как наши датчики газа будут стоить всего 2 $ и, плюс ко всему, предлагаемый нами индикатор за 3 $.

Ожидаемые научные результаты по завершении 1-го года финансирования и 2-го года финансирования. По завершению 1-го года финансирования планируется изготовить опытную партию датчиков и эл.схему индикатора, осуществить подбор датчиков по параметрам, получить результаты по исследованиям увеличения срока службы и снижения вероятности отказа индикатора газов путем уменьшения термической нагрузки на него. По окончанию 2-го года планируется получить результаты исследования работы индикатора токсичных и взрывоопасных газов при длительной эксплуатации, а также выяснить влияние окружающей среды (температура, высокая влажность, примеси газов в воздухе) , а также разработать рекомендации по практическому применению в автомобильной промышленности.

141

УДК 621.382.323

ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР С МЕТАЛЛООКСИДНЫМ КАНАЛОМ

С.И.Рембеза, Е.Ю.Плотникова, К.Н.Багнюков Воронежский государственный технический университет

E-mail: Katy-TokRa@yandex.ru

Известно, что органический светодиод (англ. OLED) — полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, который эффективно излучает свет, если пропустить через него электрический ток. Переход на OLED-технологии при создании устройств отображения информации (дисплеев) предполагает, что производство таких дисплеев будет намного дешевле, нежели производство жидкокристаллических дисплеев. Поэтому становится актуальным использование TFT-транзисторов как переключателей или элементов управления в активной матрице OLED-дисплея. Мы выбираем именно этот тип транзисторов, так как они отвечают основным требованиям компонентов дисплеев - высокой стабильности работы, малого времени задержки и хорошего коэффициента контрастности, благодаря чему воспроизведение видеосигналов происходит с небольшой потерей качества. Главное достоинство данных структур – это возможность формирования прозрачных элементов управления для приборной панели автомобиля или полностью прозрачного монитора телевизора. Таким образом, мы сможем перенести индикаторы с приборной панели автомобиля на ветровое стекло или создать телевизионную панель с прозрачным монитором и блоком управления, интегрированным в подставку.

Структурные особенности TFT-транзисторов (металлооксидный канал) позволяют использовать их в качестве сенсоров газовой среды. Подобные устройства должны обеспечивать выборочную реакцию на определенные компоненты среды (что возможно при различном значении сопротивления канала), обладать высокой надежностью и воспроизводимостью результатов. В случаях, когда требуется сверхточное измерение и контроль, например в условиях специализированных лабораторий, вопрос о стоимости не так актуален. Однако находится множество случаев, когда требуются миниатюрные, дешевые, простые в использовании и обслуживании

142

системы, пригодные для использования в любых условиях. Сенсорные элементы таких систем должны обладать максимально высокой чувствительностью, избирательностью, стабильностью свойств и технологичностью в производстве.

В работе мы ставим задачей создание собственной TFT – структуры, как элемента переключения в схеме прозрачного OLED-дисплея, с лучшей чувствительностью к парам токсичных и взрывоопасных газов, исследование экспериментальным путем и подбор режимов работы транзистора для определенных газов, разработка рекомендации по практическому использованию TFT - транзистора чувствительного к токсичным и взрывоопасным газам.

В результате исследования мы убедились, что транзисторы, расположенные на образце T1 и T3, чувствительны к парам газа, то есть могут выступать в роли газоанализаторов. Исходя из того, что образец T1 был изготовлен при комнатной температуре и толщина канала составляет 20 нм, а T3 при температуре отжига равной 400°C и толщина его канала 10 нм, вытекает, что T3 имеет поликристаллическую структуру, а T1 – аморфную, что объясняет медленную релаксацию образца T1 после воздействия парами спирта. Так же было замечено, что при выборе низкоомной пластины в качестве затвора к образцам – T3 чувствителен к парам, тогда как T1 нет, а при выборе высокоомной пластины - чувствителен только T1, в отличие от T3.

УДК 621.039.52

РАЗРАБОТКА ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ СИСТЕМЫ ГАЗИФИКАЦИИ ЖИДКОГО АЗОТА ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПРИВОДА АВТОТРАНСПОРТА

М.А.Босых, А.А.Максименко, В.А.Максименко Воронежский государственный технический университет Воронежский государственный университет

E-mail: makcbosikh@list.ru

Как известно, автомобили с силовыми установками (СУ) на основе двигателя внутреннего сгорания (ДВС) сегодня являются главным источником опасного для населения городов загрязнения. Применение

143

транспорта с ДВС и электротягой ограничено во взрывоопасных местах, закрытых помещениях, некоторых исторических и культурных памятниках. Силовой электропривод имеет такие недостатки как высокая стоимость батареи, еѐ большой вес, большое время перезарядки, ограниченное количество циклов заряда – разряда, сложности при утилизации батарей, высокий уровень электромагнитных излучений вредных как для живых организмов, так и для инфраструктуры. Поэтому, поиск и использование альтернативных способов преобразования и использования энергии для автомобильного транспорта, не загрязняющих окружающую среду, является актуальной научно-технической задачей.

Во многих странах (Франция, Австралия) ведутся работы над созданием автомобилей работающих на сжатом воздухе. Системы отличаются простотой, дешевизной и полной экологической безопасностью. Главным минусом таких авто является низкий запас хода 25 – 30 км, однако появляются сведения и о 100 - 150 км на одной заправке, что позволяет уже сравнивать их с электромобилями. Запас хода в 150км достигается при использовании специальных баллонов с рабочим давлением до 700бар. Высокое давление баллонов приводит к снижению безопасности (особенно в случае ДТП) и увеличению веса и стоимости системы. Использование в качестве энергоносителя сжиженного, а не сжатого азота позволяет хранить такое же количество газа (причѐм в баллоне при давлении 1 - 10 бар) как и в баллоне при давлении 700 бар, что резко повышает безопасность, запас хода и снижает стоимость.

Несколько лет назад в США были разработаны первые экспериментальные модели криогенных автомобилей с пневмодвигателями. Такие автомобили представляют интерес не только с точки зрения экологической безопасности, но и помогут решить ряд энергетических проблем. Однако дальше экспериментальных образцов такое перспективное направление не движется. Это связано как с техническими вопросами, так и с отсутствием развитой инфраструктуры (специализированных заправок с жидким азотом). Однако при применении в специализированных областях использования (на внутризаводском транспорте, в качестве учебных автомобилей для первоначального обучения детей внутри помещений, в зонах отдыха, пансионатах) пневмоавтомобили на криогенном энергоносителе могут найти применение уже сейчас.

Криогенная СУ, работающая на жидком азоте (LN2) с температурой кипения 77К, предназначена для преобразования тепловой энергии окружающей среды при газификации жидкого азота в механическую энергию, которая может быть использована, в частности, для при-

144

ведения в движение криогенного автомобиля. В качестве рабочего тела используется молекулярный азот, который, как известно, является химически инертным, негорючим и безопасным в эксплуатации газом. Жидкий азот получают из атмосферного воздуха на специальных воздухоразделительных установках с использованием электроэнергии (в среднем на производство 1 л LN2 требуется 0,4…1 кВт×ч, однако поступают сведения и о 0,05 кВт×ч). По окончанию рабочего цикла в СУ газообразный азот возвращается в атмосферу, не нарушая равновесия окружающей среды. Немаловажным плюсом использования жидкого азота в качестве альтернативного энергоносителя является возможность его сравнительно простого хранения. Если привязать циклы его производства к ночному тарифу энергосетей, то стоимость производства жидкого азота упадѐт в несколько раз.

В состав СУ (рисунок), работающей на жидком азоте, входит специальный сосуд Дьюара 1, теплообменник 5 с запорной регулирующей и измерительной аппаратурой, обеспечивающие превращение жидкого азота в газообразный азот высокого давления с температурой, близкой к температуре окружающей среды, и пневмодвигатель 8. [1]

Схематическое изображение стационарной криогенной силовой установки

В случае применения пневмопривода на автомобиле, для повышения КПД использования жидкого азота, требуется разработать систему рекуперации энергии при торможении, систему быстрого поднятия давления при запуске, эффективную систему газификации с элементами защиты.

Разработка системы автомобильного пневмопривода связана со многими техническими трудностями. Использование жидкого азота с температурой 77К предъявляет высокие требования к криогенному ба-

145