ПРЕДЛОЖЕНИЕ по формированию тематики исследований (проектов) в рамках программного мероприятия 1.2

ПРЕДЛОЖЕНИЕ
по формированию тематики исследований (проектов)
в рамках программного мероприятия 1.2
ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным
направлениям
развития научно-технологического комплекса России на 20142020 годы»
(для проблемно ориентированных научно-исследовательских
работ, направленных на создание научно-технического задела для
последующей разработки продукции и технологий)
Системный номер _____________________
1 Тема исследований (проекта)
Разработка способа и средств электрохимического получения
однофазовых
силикатных
многокомпонентных
наноматериалов,
нестехиометрического состава, для изделий оборонной, космической,
авиационной и бытовой сфер применеия.
2 Цель исследований (проекта)
Получение научно-технических параметрических
рядов, для
разработки промышленного производства новых наноматериалов, особо
чистых металлов и электрической энергии в едином технологическом цикле;
Снижение экологической нагрузки на природу внедрением
энергосберегающей экологически безопасной технологии «обеднение
процесс».
3 Описание существующей проблемы по предлагаемой тематике
исследований (проекта), обоснование актуальности реализации
предлагаемых исследований (проекта)
ПРОБЛЕМА
Теплостойкость материалов применяемых в реактивных двигателях,
наружной обшивке ракет составляет 2500 º Цельсия, Внешняя и внутренняя
отделка самолётов, легковых и грузовых автомобилей, влияет на
пожаробезопасность, равно как и внутреннее насыщение жилых и
промышленных помещений, что требует высокотемпературных материалов,
о чём свидетельствуют постоянно возникающие пожары. Представляемая
технология решает эти проблемы. Удельный вес применяемых сегодня
конструкционных материалов, в различных видах промышленных изделий
3,0-9,0 г/см3.
Удельный вес материалов, получаемых по технологии
«обеднение процесс» составляет 2.1-2.6 г/см3. Прочностные свойства
материалов выше применяемых аналогов в 2-5 раз. Теплостойкость
конструкционных материалов по предлагаемой технологии 3500-5000
градусов по Цельсию, декоративных материалов до 1000 º Цельсия.
Существующие технологии производства солнечных батарей для
электроснабжения, дороги и их эффективность 15-25 процентов. Стоимость
материала солнечных батарей получаемых по технологии «обеднение
процесс» ниже в 2 раза, а эффективность, КПД более 50 процентов. Способ
получения материалов и изделий из них, а также утилизация экологически
чистые.
АКТУАЛЬНОСТЬ
Энергия и материалы из силикатов – это только первый шаг, без
развития которого не обойдется государство, претендующее на роль
развитого. Энергия и материалы, из силикатов, это возможность
экологически чистого получения новых материалов конструкционного и
декоративного назначения, особо чистых металлов и электроэнергии. Новые
материалы конструируются на атомном уровне, который имеет нано
размерность, а технологии относится к нанотехнологиям.
Количество
силикатов,
являющихся
стеклообразующим
веществом, составляет в земной коре более 50 процентов, если добавить к
ним стеклообразующие, на основе железа, алюминия, титана и ряда менее
распространенных элементов, то их общее количество составит по массе 71
процентов объёма Земной коры. Для наглядного сравнения: - углерода – это
нефть, газ, уголь, растения, торф и т.д., в Земной коре содержится по массе
0,1 процента.
Нанотехнологии получения, новых стеклообразных материалов,
электрической энергии и особо чистых металлов, позволяет получить с 1 кг
исходного сырья (смеси сложного химического соединения, например окиси
кремния и окиси натрия, имеющего название силикат натрия), тепловой и
электрической энергии в 100-1000 раз больше, чем при сжигании 1 кг нефти.
Потенциал технологии огромен.
Уже сегодня можно начать изготовление 90 процентов всех
окружающих нас в быту и на производстве изделий, машин и механизмов из
новых стеклообразующих материалов. Плотность материалов 2,1 – 2,6 г/см3.
Себестоимость промышленного производства материалов и особо чистых
металлов в 2-10 раз ниже существующих аналогов. Технологии экологически
чисты в получении и эксплуатации и утилизации всех материалов и изделий
из них.
Данный проект – это прорыв науки: - в машиностроении,
авиации, космонавтике, а так же в электронике, электротехнике, медицине,
фармакологии и бытовой химии.
НОВИЗНА
Впервые
будет
осуществлено
комплексное
исследование
селективного электрохимического процесса и описаны теоретически аспекты
физико-химической сути процесса формирования структуры на атомном
уровне, что поможет проведению экспериментальной проверки и разработке
опытно промышленной технологии производства новых материалов, особо
чистых металлов и электрической энергии. Экспериментальная проверка
осуществляется в электрохимической колонке, способной к правовой охране,
как конструкция колонки, так и новые получаемые материалы. Будет
определён параметрический ряд элементов устройства, физико-химического
процесса и электрических параметров питания колонки.
4 Публикации по теме проекта, отражающие мировой уровень
исследований (проекта)
Технология представлена в патентах США, Титов Н.Ф., US 5,964,913
A, 12.10.1999 г., Европы, Титов Н.Ф., ЕР 0888 257 В1, 17.09.2003 г. Титов
Н.Ф., России RU 222 4725, 27.02.2004 г. и мировым патентом WO 973 4841 и
изложена в учебном пособии рекомендованным УМО РАЕ для вузов, В.
Ткачук, «Нанотехнологии промышленного
производства однофазовых
стеклообразных силикатов нестехиометрического состава, особо чистых
металлов и электрической энергии. Научный журнал Энергия XXI век В.Н.
Ткачук, «Физические аспекты генерации электрической энергии в
технологии «обеднение процесс», 4(74) 2009 г. Публикации по теме в
открытой печати отсутствуют из-за договорённости владельца патента США
и авторов патента о неразглашении аспектов предмета исследования.
5 Ключевые слова по тематике исследований (проекта)
Электрохимическая колонка, нестехиометрия, метастабильность,
термодинамическая неопределимость, обеднение процесс, однофазовые
силикатные материалы.
6 Формулировка научно-технических задач и предлагаемых
подходов по их решению
Получение
однофазовых
силикатных
материалов
вещества
нестехиометрического состава, особо чистых металлов и электрической
энергии в электрохимической колонке с организованной, в ней селективной
электрохимической реакцией называемой «обеднение процесс».
Организация реакции «обеднение процесс» должно осуществляться в
электрохимическом устройстве, способном выдержать высокую температуру
расплава, приблизительно 1500 º по Цельсию, при этом корпус колонки
должен пропускать электростатические поля и не проводить электрический
ток.
Электрохимическая колонка изготавливается из кварцевого стекла,
конструкция колонки может быть реализована в нескольких модификациях, в
том числе и в варианте, являющемся объектом правовой защиты.
Для проведения работ по теме разрабатывается эскизный проект
электрохимической колонки со всеми составляющими её электрическими
элементами. Далее, производится изготовление колонки, наполнение её
исходным силикатным порошком, хим. состав которого определяется исходя
из требуемых свойств вновь получаемых материалов. Осуществляется
подключение колонки в электрическую сеть и запускается процесс плавки (в
муфельной печи) исходных компонентов с наведением в ней
электростатического поля способного привести к вырыву электронов из
нижнего объема расплава и формирования в нём нужной структуры нового
материала. При этом осуществляется отвод электрической энергии на
сопротивления и отвод особо чистых металлов (натрия или др.) в особо
чистую стеклянную ёмкость. Количество и скорость вывода натрия в
атомарном виде, определяет и количество электроэнергии генерируемой в
колонке. Завершение процесса осуществляется охлаждением колонки с
новым материалом в требуемом режиме.
Объектом исследования является работа колонки с исходным
материалом и его свойства, предмет исследования формирование структуры
материала на атомном уровне, с перспективой создания возможности
прогнозирования механических, температурных и иных свойств получаемых
материалов по химическому составу исходного сырья.
В новых материалах нуждается многие промышленные сферы. Особо
чистые металлы требуются фармакологии, медицине, парфюмерии. Сами же
колонки могут быть использованы как генерирующие источники
электрического тока, с применением их как на промышленных предприятиях,
так и в сфере ЖКХ.
7 Подробное описание планируемых работ
Материалы
конструкционного,
декоративного
и
электротехнического
назначения,
используемые
в
авиационной,
космической, судостроительной и других отраслях промышленности,
ограничивают инновационное развитие отраслей из-за роста энергоёмкости
технологий и недостаточной экологической безопасности.
Состояние исследуемой проблемы, в том числе патентные
исследования, показали необходимость разработки новых материалов, с
учетом изложенных проблем, по принципиально новым технологиям,
основным элементом которых является «обеднение процесс», защищённый
патентом России RU 222 4725, 27.02.2004 г.
Этап теоретических исследований раскрывает гипотетическую
взаимосвязь структуры, состава и свойств материалов с характеристиками
электрических и магнитных полей, как наведённых на расплав, так и
сформировавшихся в процессе вырыва электронов из расплавов.
Вторым этапом работы является экспериментальное подтверждение
выдвинутых гипотетических материалов, что должно привести к
фундаментальной теории организации структуры и свойств материалов на
атомном уровне под действием электростатических и магнитных полей.
Предстоит теоретическое и экспериментальное моделирование
различных электрохимических вариантов колонок для создания условий
возникновения «обеднение процесса».
Планируется выполнить:
- разработку тестовых задач для моделирования, демонстрирующих
наличие эффектов, позволяющих создать новую продукцию;
- разработку «Плана эксперимента» для проведения моделирования;
- моделирование в соответствии с «Планом эксперимента»
- обработку и интерпретацию результатов моделирования с целью
исследования чувствительности результатов к допущениям, сделанным при
построении моделей
- сопоставление результатов анализа научно-информационных
источников и результатов теоретических исследований.
8 Технические требования к выполнению работ
В работе будут представлены требования к:
— назначению модели;
— составу модели;
— техническим характеристикам модели моделирования.
К ММ предъявляются требования, универсальности, экономичности:
- точность ММ оценивается степенью совпадения значений
параметров реального объекта и значений тех же параметров, рассчитанных с
помощью оцениваемой ММ;
По степени детализации будут выделена полная ММ, в которой будет
отображено
состояние меньшего числа
межэлементных
связей,
соответствующих описанию объекта.
В состав требований к моделям будут включены:
- технические характеристики выбранных моделей;
- ограничения, наложенные на переменные, для моделируемой
системы;
- значения переменных, которые будут соответствовать решению
задачи.
При разработке экспериментальной реализации будут приведены
технические требования к ней.
Технические требования к объекту экспериментальной реализации
индивидуален, однако, объект исследований будет включать в себя
подразделы:
— требования по составу;
— требования к функционированию;
— требования к параметрам, техническим характеристикам;
Будет приведен перечень составных частей экспериментальной
реализации, а также требования по их функциональному назначению
Будут установлены требования по составу выполняемых функций,
требования к функциональным параметрам, обеспечивающим выполнение
экспериментальной реализацией своих функций в заданных условиях
исследований
9 Ожидаемые научные и научно-технические результаты
Перечень
планируемых
к
получению
научно-технических
результатов:
- эскизная техническая (конструкторская и технологическая)
документация на экспериментальные образцы;
- документация по проведению исследований объектов НИР (планы и
методики экспериментов, результаты обработки данных, полученных при
проведении экспериментов и т.п.);
- заявки на получение правоохранных документов объектов
интеллектуальной собственности.
Результатом проведения НИР будут:
- Отчет о НИР.
- Отчет о патентных исследованиях.
- Наименования материальных и интеллектуальных результатов
работ.
10 Характеристика назначения и областей применения
(использования)
ожидаемого
научного
(научно-технического)
результата, пути и действий по доведению результата до потребителя
Опытные образцы материалов будут представлены в НИИ для
проведения испытаний и получения рекомендаций их использования.
Потребителями научного результата станут НИИ материаловедения.
К потребителям научно-технических результатов относятся
учреждения, предприятия и организации авиационной, космической,
строительной, фармацевтической и бытовой отраслей, для использования
результатов работ как в своей повседневной деятельности, так и в создании
новых образцов продукции, услуг.
Будут выполнены:
- оценка практического применения результатов работы;
- прогнозная характеристика конкурентных преимуществ результатов
работы, а также эффекта от их применения (значения эффективности,
надежности, экономичности, экологичности, других качественных
характеристик).
Будет проведена:
- оценка масштабности возможного использования ожидаемых
результатов исследований (отрасли промышленности, экономики и другие
сферы применения (конкретные крупные потребители), а также
потенциального влияния инновационной продукции и услуг, созданных на их
основе, на структуру производства и потребления в соответствующих
секторах экономики);
- оценка прогнозируемых социально-экономических эффектов от
использования продукции (услуг), созданных на основе результатов данного
исследования, в том числе:
а) создание принципиально новой продукции (материалов, образцов,
технологий и др.);
б) улучшение потребительских свойств существующей продукции;
в) совершенствование технологических процессов с точки зрения
снижения издержек производства и повышения экологической безопасности;
- обоснование перспективности вновь создаваемой интеллектуальной
собственности в части патентоспособности будущих результатов
исследований и их лицензионных возможностей;
- прогнозная оценка экономических, производственных и др. условий
и факторов, необходимых для обеспечения социально-экономических
эффектов от использования продукции (услуг), созданных на основе
результатов данного исследования, за счёт коммерциализации в
экономически целесообразных объёмах.
11 Предпосылки для успешного завершения работ (вероятность
получения ожидаемого научно-технического результата)
Предпосылками успешного завершения работ являются:
—
наличие
положительных
результатов
предшествующих
фундаментальных исследований и поисковых НИР;
— наличие результатов ранее проведенных аналогичных НИР,
проведение параллельных исследований и т.п.;
—
доступность
материалов
и
комплектующих,
наличие
методического опыта, (отечественного и мирового), технологического
задела, кадров необходимой квалификации, производственных мощностей и
инфраструктуры, необходимых для выполнения работы, создания макетов,
моделей, экспериментальных образцов.
Условия проведения предполагаемых работ:
—
разработка уникального оборудования и испытательных
установок.
— необходимость использования уникальных технологий с
привлечением НПЦ «ГРУС».
Будет представлен перечень:
- наличия материально-сырьевых и финансовых ресурсов, кадров
необходимой
квалификации,
производственных
мощностей
и
инфраструктуры, необходимых для выполнения работы;
- учреждений высшего профессионального образования;
привлечения к участию в работе молодых учёных, преподавателей,
специалистов, аспирантов, студентов и др. представителей высшей школы;
участия в работе коллективов ведущих научных школ.