close

тел./факс: +7 (8452) 63-34-92 +7 (8452) 63-37-69 410044, г. Саратов, проспект Строителей, 1-Б
Продукция
Cотрудничество
ТОСС ищет сотрудничества с научно-исследовательскими экспериментальными группами для тестирования стеклоизделий, предназначенных для различных применений. Отправить заявку: Введите, то что написано в окне ниже:
Применение

Поликапиллярные стержни для хранения водорода при большом давлении

Современная концепция развития устойчивого и экономически приемлемого мирового энергообеспечения ориентирована на использование ядерного топлива в сочетании с «круговоротом» водорода, выделяемого из чистой природной воды. Известно, что водород имеет более высокое энергосодержание (33,3 кВтч/кг) по сравнению с 13 кВтч/кг у бензина и 13,9 кВт-ч/кг у природного газа. При всех достоинствах водород обладает двумя существенными недостатками — очень низкой плотностью и взрывоопасностью. Перспективен способ хранения водорода в микропористых структурах, прежде всего, в микросферах и капиллярах.

Аккумуляторы для водорода

В стеклянных микросферах при комнатной температуре можно получить массовое содержание водорода 26% и плотность относительно плотности жидкого водорода 0.6, а в кварцевых микросферах при температуре 80 К массовое содержание 42% и плотность относительно плотности жидкого водорода 1,25. Существенный недостаток этого способа — требование нагрева микроструктур до температур 470-900 К для заполнения и извлечения водорода, что приводит к увеличению энергозатрат, а в случае использования их в аккумуляторах водорода для автомобилей, где нагрев микропористой структуры необходимо осуществлять многократно, такой способ может оказаться энергетически невыгодным.

Высокого содержания водорода и других газов можно достичь, используя капилляры. В этом случае, используя капилляры с тонкой оболочкой можно создать структуру, которая заполняется не за счет диффузии водорода, а путем непосредственного заполнения газом высокого давления через один открытый конец капилляра. Так как технология вытягивания капилляров обеспечивает сохранение подобия капилляров, то есть сохранение отношения толщины оболочки к диаметру капилляров, то прочностные характеристики исходных капилляров с большим диаметром и вытянутого капилляра с малым диаметром должны быть одинаковы. При этом капилляры с малым диаметром могут повысить свои прочностные характеристики за счет утончения оболочки и снижения содержания дефектов структуры в ней.

Поликапиллярные структуры с заполнением газом через открытые концы позволяют создавать аккумуляторы водорода самых разнообразных конструкций и практически любых размеров от аккумуляторов водорода для портативных источников питания (мобильные телефоны, компьютеры, бытовая техника) до аккумуляторов водорода для транспорта и аэрокосмического комплекса. При этом высокое удельное содержание водорода, отсутствие потерь, присущих, например, криогенным вариантам хранения и транспорта, высокая взрыво- и пожаробезопасность создают хорошие предпосылки для развития этого направления получения и аккумулирования водорода на базе АЭС.

Специалисты предприятия разработали технологии для изготовления опытных образцов поликапиллярных стержней для хранения водорода на основе высокопрочных стекол с диаметром капилляров около 100 мкм в цилиндрической части и 5 мкм в области сужения, через которую осуществляется заполнение капилляров. Изготовленные образцы продемонстрировали возможность достижения давлений газа более 150 МПа. Кроме того, были изготовлены образцы длинных (более 50 м) монокапилляров для хранения газов при большом давлении.

Стеклянные структуры с металлическими включениями

Такие структуры получаются, если заполнить некоторые каналы в преформе металлом, температура плавления которого несколько ниже, чем температура, при которой производится перетягивание преформы. При этом часть каналов в получившейся структуре будут заполнены металлом. Минимальный диаметр получившихся нитей зависит от коэффициента поверхностного натяжения расплавленного металла на границе со стеклом и может составлять десятки нм. Конфигурация металлических включений определятся назначением структуры.

Примеры образцов структур, содержащих металлические включения, разработанных и изготовленных в ООО «ТОСС»:

    • Микроструктурное волокно с металлическими проводами, параллельными сердцевине. Такое волокно может использоваться для генерации второй гармоники оптического излучения и модуляции фазы оптического излучения при подаче управляющего напряжения на провода, а также как поляризующее оптическое излучение оптоволоконное устройство;

    • Металло-диэлектрическая среда на основе упорядоченно-расположенных металлических нитей в стеклянной матрице. Такой материал может обладать гиперболической дисперсией и использоваться как поляризатор в радио, ТГц и оптическом диапазоне частот электромагнитного излучения;

    • Прототип датчика ускорений с емкостными датчиками смещения и управления движением измерительной массы.

      Акселерометр

 

Микроэлектродвигатель

Корпус микродвигателя

Стекло-металлическая структура может быть использована в качестве статора микроэлектродвигателя, ротором которого является радиально намагниченный цилиндр из ферромагнитного материала (например, NdFeB). Цилиндрический статор имеет центральное отверстие для размещения ротора и металлические нити, параллельные оси цилиндра. Переключая с помощью внешнего коммутатора проводники, можно создать вращающееся магнитное поле, увлекающее за собой ротор. Применение стекловолоконной технологии позволяет создавать электродвигатели с диаметром статора менее 1 мм.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Специалистами ООО «ТОСС» разработана технология изготовления таких статоров и изготовлен ряд прототипов микроэлектродвигателей с частотой вращений до 10000 об/мин, напряжением питания 0.5 В и внешним диаметром 2.5 мм.

Разработчики и технологи ООО «ТОСС» в течение ряда лет разрабатывают и изготавливают экспериментальные образцы различных стеклянных структур, которые были использованы и используются при проведении научных исследований в ведущих научных группах в России и за рубежом и при разработке высокотехнологической продукции. Были разработаны:

Фотонно-кристаллические волокна

Волокно под электронным микроскопомФотонный кристалл

 

Эти волокна направляют световое излучение за счет отражения от регулярной периодической оболочки, которая для ряда направлений распространения и длин волн излучения имеет запрещенную зону. При этом свет может распространяться в полой сердцевине волокна, в связи с чем нелинейность в таких волокнах мала, также как и потери, связанные с поглощением в материале (оптическом стекле). Примеры таких волокон:

  • Волокно для передачи большой световой мощности с полой сердцевиной [1]

  • Волокно с большой разностью постоянных распространения ортогонально поляризованных волн с полой сердцевиной [2]

Микроструктурные волокна

Микроструктура Микроструктуры под электронным микроскопомМикроструктуры под электронным микроскопомМикроструктуры под электронным микроскопом

 

В этих волокнах свет распространяется по сплошной или структурированной сердцевине, а оболочка представляет собой периодическую или близкую к периодической, структуру со средним эффективным показателем преломления, меньшим, чем у сердцевины. Вследствие сильной локализации поля в сердцевине, нелинейность таких волокон достаточно велика и их можно использовать для наблюдения нелинейных эффектов, таких как генерация суперконтинуума, оптических гармоник, суммарных и разностных частот при возбуждении волокон короткими и мощными световыми импульсами. Использование для изготовления волокон многокомпонентных оптических стекол, имеющих нелинейность примерно на 2 порядка выше, чем в кварцевом стекле, позволяет наблюдать нелинейные эффекты на коротких длинах волокон, что позволяет снизить влияние потерь, в оптических стеклах, которые могут достигать 3 дБ/м. Примеры таких волокон:

  • Волокно с большой разностью постоянных распространения ортогонально поляризованных волн со сплошной сердцевиной

  • Волокно для генерации сверхширокополосного суперконтиниуума, занимающего более 2 октав по частоте. Для генерации используется сердцевина, образованная пересечением двух ребер, образующих элементарную ячейку в оболочке.

  • Волокна для наблюдения преобразований частот с сердцевиной, модифицированной наноотверстиями

Процесс разработки волокон включал расчет распределения полей в сечении волокна и расчет дисперсии групповых скоростей для выбранных поперечных мод волокна, а также коэффициентов нелинейности.

Для проведения расчетов использовался метод плоских волн, учитывающий возможную анизотропию материала, из которого изготавливается волокно, а также метод распространяющихся пучков с использованием собственных программных модулей.