Сайт переехал physreal.com
|
 |
|
| Контакти | Головна | Стартова | Обране | Пошук |
2013-10-15 06:01:58, обговорення: 0
НАНОТРИБОЛОГИЧЕСКИЙ ФОРСАЙТ И СВЕРХПРОВОДИМОСТЬРегиональные отделения Российской инженерной академии — это большая научная и организационная поддержка всей деятельности академии. Уже много лет под руководством профессора, академика РИА Г. С. Ивасышина УНЦ инновационной нанотрибологии ведет планомерную результативную работу по направлению «Исследования в области микро- и нанотехнологий».
Генрих Степанович Ивасышин, д.т.н., профессор, руководитель Учебно-научного центра инновационной нанотрибологии Псковского государственного политехнического института, председатель Псковского отделения РИА, заслуженный инженер России.
НАНОТРИБОЛОГИЧЕСКИЙ ФОРСАЙТ И СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ
Региональные отделения Российской инженерной академии — это большая научная и организационная поддержка всей деятельности академии. Уже много лет под руководством профессора, академика РИА Г. С. Ивасышина УНЦ инновационной нанотрибологии ведет планомерную результативную работу по направлению «Исследования в области микро- и нанотехнологий». Генрих Степанович защитил 4 диплома на научные открытия. Технология сверхпроводимости, основанная на реализации нанотрибологических моделей (научные открытия: Диплом № 258, Диплом № 277, Диплом № 289, Диплом № 302), кардинально изменит всю сферу производства, передачи и использования электроэнергии.
Сверхпроводимость — сверхтекучесть весьма своеобразной жидкости — электронной. Сверхпроводящее состояние физики называют макроскопическим квантово-механическим состоянием. Твердое тело, проводящее электрический ток, представляет собой кристаллическую решетку, в которой могут двигаться электроны. Решетку образуют атомы, расположенные в геометрически правильном порядке, а движущиеся электроны — это электроны с внешних оболочек атомов. Поскольку поток электронов и есть электрический ток, эти электроны называются электронами проводимости. Они движутся среди атомов кристалла со скоростями от 0,01 до 0,001 скорости света. Если проводник находится в нормальном (несверхпроводящем) состоянии, то каждый электрон движется независимо от других. Если же проводник находится в сверхпроводящем состоянии, то электроны проводимости объединяются в единое макроскопически упорядоченное состояние, в котором они ведут себя уже как «коллектив»; на внешнее воздействие реагирует также весь «коллектив». Столкновения между электронами и решеткой становятся невозможными, и ток, однажды возникнув, будет существовать и в отсутствие внешнего источника тока (напряжения). Сверхпроводящее состояние возникает скачкообразно при температуре, которая называется температурой перехода. Выше этой температуры металл или полупроводник находится в нормальном состоянии, а ниже ее — в сверхпроводящем. Способность металлов проводить электричество обусловлена свободными электронами, которые перемещаются между атомами кристаллической решетки. Под действием электрического поля электроны перемещаются в определенном направлении, и в проводнике возникает ток. Но между свободными электронами и кристаллической решеткой существует трение. Это и есть электрическое сопротивление металла. В 1911 году голландский физик Хейке Камерлинг-Оннес открыл удивительное явление: при температуре 4.12 К у ртути внезапно исчезает электрическое сопротивление. Вначале предполагали, что какоето сопротивление в ртути все же остается и его просто не могут измерить. Но и самые чувствительные приборы не обнаружили сопротивления. Это физическое явление назвали сверхпроводимостью. Хейке Камерлинг-Оннесу за исследование свойств тел при низких температурах в 1913 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Академик Б. В. Дерягин с сотрудниками в 1985 году обнаружил явление механоэмиссии нейтронов из содержащих дейтерий кристаллических тел, которое интерпретировали как проявление реакций холодного ядерного синтеза. В последние годы получены многочисленные экспериментальные свидетельства ядерных реакций при низких энергиях (ядерных реакций в конденсированных средах, холодном ядерном синтезе — ХЯС, ядерных процессах, индуцированных кристаллической решеткой). На наш взгляд, использование пар трения с гелиевым изнашиванием, созданных на основе реализации углеродноазотного и протон-протонного циклов холодного ядерного синтеза, в результате которых в зоне трения водород превращается в гелий, даст возможность управлять трением (за счет сверхтекучести гелия) в микротрибосистемах. При попытке применения системного подхода к явлениям трения, смазки и износа прежде всего следует отметить вопрос о функциональном техническом назначении рассматриваемой системы. Трибомеханическая система представляется как целое, функциональное назначение которого связано с взаимодействующими поверхностями в относительном движении. Технические применения движущихся поверхностей охватывают широкий диапазон от аэрокосмических объектов до биомеханических суставов. В абстрактном и сильно упрощенном описании функция различных трибомеханических систем состоит, главным образом, в преобразовании входов, например движения, механической энергии и материалов, в используемые для технических целей выходы. Функциональные причинно-следственные соотношения между входами и выходами сопровождаются потерями механической энергии и материалов, определяемыми как потери на трение и износ. Х. Чихос (Германия) считает, что техническая функция часто может быть выражена в виде соотношения между входом и полезным выходом. Не все входы могут быть желательны, некоторые из них рассматриваются как возмущения. Аналогично не все выходы желательны, некоторые из них с практической точки зрения считаются потерями. Обычно часть функциональных входов, относящихся к возмущениям, приводит к потерям. Однако потери не всегда принадлежат к тому же типу величин, что и входы или полезные выходы. Связывая систему с ее функцией, приходится иметь дело с рабочими переменными, которые регулируются конструктором или оператором, то есть переменными, которые можно изменять до начала работы системы и во время ее работы, не изменяя ее физического состава путем выбора других материалов и форм элементов. И. В. Крагельский, М. Н. Добычин, В. С. Комбалов, анализируя критические точки, характеризующие условия перехода от одного вида фрикционного взаимодействия к другому, утверждали: «Отдельные участки тонкого поверхностного слоя металла вследствие развивающихся на них при трении значительных напряжений и деформаций, а также высоких контактных температур переходят в особое активизированное неустойчивое состояние. Это состояние позже П. А. Тиссен назовет «магмаплазма». Вещество в таком состоянии способно вступать в реакции с материалом контрела и окружающей средой, причем даже с нейтральными газами». Взаимодействие микроконтактов происходит за очень короткое время (10-7 … 10-8 с), в течение которого к контакту подводится большая энергия. Для таких условий законы классической термодинамики не выполняются; материал тонкого поверхностного слоя преобразуется, в результате в зоне соударения неровностей образуется магмаплазма. Этот процесс сопровождается эмиссией электронов. Считается, что при трении нагруженные участки поверхностей получают энергетические воздействия до 100 эВ/атом. с, то есть на уровне разрушения атомных связей. Необходимо отметить, что величина порядка 1 эВ является характерной для атомных процессов. Энергия связи является важнейшей энергетической величиной в физике микромира. Энергия связи равна работе, которую нужно затратить, чтобы разделить систему на невзаимодействующие между собой составляющие частицы. Из определения следует, что если система состоит более чем из двух частиц, то у нее будет несколько энергий связи. Так, атом гелия состоит из ядра гелия и двух электронов. Энергия связи этого атома по отношению к отрыву одного электрона равна 24,5 эВ, а по отношению к отрыву обоих электронов — уже 54,2 эВ. Этот процесс активизированного неустойчивого состояния сопровождается, в частности, механоэмиссионными и механохимическими процессами, химическими реакциями, газоразрядными процессами, синтезом некоторых веществ, а также возникновением частиц с большой энергией, возбужденных молекул, атомов, ионов, быстрых электронов, фононов (звуковых квантов), фотонов (квантов электромагнитного излучения). Трибологические эффекты (трибоэмиссия, триболюминисценция, трибоэлектричество и другие), возникающие при взаимодействии наноконтактов при трении, можно целенаправленно использовать не только для изучения холодного ядерного синтеза, но и для получения в перспективе неиссякаемого источника экологически чистой энергии на основе синтеза из более легкого водорода более тяжелого гелия. На основе научных открытий (Диплом № 258, Диплом № 277, Диплом № 289, Диплом № 302) изменяется, в частности, представление о подходах к анализу и описанию структуры трибомеханической (триботехнической) системы.. В альманахе «Деловая слава России» (4-5 вып., 2007 год) опубликована статья профессора В. Н. Вариводова «Современные технологии надежного электроснабжения», в которой, помимо всего прочего, акцентируется внимание на актуальности использования сверхпроводимости в электроэнергетике Москвы. Профессор В. Н. Вариводов, в частности, отмечает: «...Согласитесь, что в задыхающейся от недостатка жизненного пространства и электроэнергии Москве энергосетевые объекты занимают достаточно много места. Но если мы решим задачу использования сверхпроводимости в электроэнергетике, то через 30 лет вся энергосистема будет расположена под землей, имея в 10 раз больше пропускной способности...». И далее: «...Подобные проекты уже реализуются в США, Японии, Южной Корее, от которых мы пока отстаем на 3-4 года. Зато результаты обещают быть грандиозными: появится возможность освободить дорогостоящую землю в мегаполисах от электротехнического оборудования, многократно увеличить надежность сети. Это подлинная энергетическая революция...».
Выводы 1. Создание сверхпроводников на основе нанотрибологических моделей — стационарных (управляемых) процессов термоядерного синтеза гелия из водорода за счет реализации углеродноазотного или протон-протонного циклов в объемной части и поверхностном слое пар трения из сплавов палладия (Диплом № 258, Диплом № 277, Диплом № 289, Диплом № 302) кардинально изменит всю сферу производства, передачи и использования энергии. 2. Трибологические эффекты (трибоэмиссия, триболюминисценция, трибоэлектричество и другие), возникающие при взаимодействии наноконтактов при трении, можно целенаправленно использовать не только для создания эффекта сверхпроводимости — сверхтекучести своеобразной жидкости — электронной, а также для изучения холодного ядерного синтеза, но и для получения в перспективе неиссякаемого источника экологически чистой энергии на основе синтеза из более легкого водорода более тяжелого гелия, тем более что превращение 1 грамма водорода в гелий приводит к освобождению в 8 раз большей энергии, чем деление 1 грамма урана.
• Докторская диссертация на заказ в Киеве
|