Информация о выполненных работах на 3 этапе по соглашению №14.577.21.0091 от 22.07.2014 года

 

В ходе выполнения проекта по соглашению о предоставлении субсидии от 22.07.2014 года № 14.577.21.0091 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 3 в период с 01.07.2015 по 31.12.2015 г. выполнялись следующие работы:

• разработка Программы и методик испытания макетной установки непрерывного действия;

• испытания макетной установки непрерывного действия;

• проведение на макетной установке экспериментальных исследований по влиянию технологических параметров процесса получения графеновых структур. Подтверждение адекватности разработанной математической модели;

• исследование влияния морфологических, текстурных и электрофизических параметров графеновых материалов на эксплуатационные характеристики накопителей энергии;

• разработка программ и методик испытания графеновых нанопластинок;

• экспериментальные исследования влияния методов функционализации и структурного модифицирования графеновых материалов на эксплуатационные характеристики накопителей энергии;

• разработка методов получения электропроводящих композитов накопителей энергии конденсаторного типа;

• разработка методики получения накопителей энергии конденсаторного типа;

• проведение дополнительных патентных исследований;

• проведение экспериментальных исследований по использованию графеновых нанопластинок в качестве многофункциональных добавок в нанокомпозиты различного назначения (эпоксидные связующие, отражающие покрытия, смазочные материалы и др.);

• разработка технологической схемы процесса химической активации графеновых нанопластинок;

• разработка эскизной КД на оборудование для химической активации графеновых нанопластинок;

• разработка учебно-методических материалов для интеграции результатов ПНИ в учебный процесс;

• материально-техническое обеспечение работ.

 

При этом были получены следующие результаты

  • Для подтверждения соответствия макетной установки требованиям ТЗ разработана программа и методики испытаний, а также проведены испытания макетной установки. В ходе испытаний установлено соответствие установки заданным требованиям и разработанной на этапе 2 эскизной конструкторской документации.

  • Производительность макетной установки в ходе предварительной эксплуатации составила порядка 115 г/час. Также исследовано влияние технологических параметров процесса получения графеновых структур. Установлено, что для эффективной эксфолиации графитовых материалов необходимо следующее. Мощность УЗ излучения из расчета на весь объем обрабатываемой дисперсии должна быть больше некоторой пороговой величины. Концентрация мощности УЗ излучения на объем обрабатываемой дисперсии в проточной камере излучателя и время контакта обрабатываемого раствора в проточной камере также должны быть больше некоторых пороговых величин. Если величины указанных параметров не достаточны, эффективность эксфолиации резко снижается, причем, недостаток мощности невозможно скомпенсировать увеличением времени УЗ обработки.

  • Подтверждена адекватность разработанных на этапе 2 математических моделей. Для математической модели процесса приготовления безводной серной кислоты в лабораторных условиях определены компоненты теплового баланса и показано, что погрешность модели в сравнении результатами экспериментов не превышает 7,8 %.

  • При анализе математической модели процесса растворения гранул персульфата аммония в серной кислоте с использованием перемешивания и без перемешивания оказалось, что расчетное и экспериментальное время растворения соответствует расчетному диапазону погрешности модели.

  • Для математической модели процесса расширения графита в среде окисляющих агентов по результатам расчета кинетики процесса интеркалирования графита определена скорость движения края наружного графенового слоя, которая в пределах 10 % коррелируется со скоростью поступательного движения молекул серной кислоты.

  • Математическая модель процесса отмывки гидролизованного расширенного соединения графита от серной кислоты при перемешивании и при отсутствии перемешивания показала, что расчетное и экспериментальное время отмывки соответствует расчетному диапазону погрешности модели.

  • Оценка погрешности математической модели поля скоростей жидкости в радиальном зазоре между статором и ротором роторно-импульсного аппарата в процессе диспергирования гидролизированного расширенного соединения графита, проведенная сравнением значений расчетного и экспериментального нагрева жидкости, проходящей через аппарат, показала, что полученная погрешность (23 %) имеет несколько завышенное значение, т.к. модель не учитывает нагрев суспензией конструкционных элементов установки и нагрев статора и ротора теплом, выделяющимся в подшипниках и сальниковом уплотнении привода.

  • Для математических модели динамики парогазового пузыря при акустической кавитации в процессе ультразвукового воздействия на суспензию расширенного соединения графита и модели процесса фильтрования суспензии графеновых нанопластинок в условиях сжатия осадка в процессе фильтрования расхождение расчетных и экспериментальных величин оказалось в пределах 5 и 15 % соответственно.

  • Таким образом, математические модели признаны приемлемыми для расчета промышленного оборудования производства графеновых материалов.

  • Разработана программа и методика испытания графеновых нанопластинок, в соответствии с которой можно оценить соответствие получаемых продуктов требованиям ТЗ. В частности, разработана методика измерений содержания прочих примесей в ГНП с погрешностью 1,5% и проведены измерения в условиях повторяемости и воспроизводимости.

  • В ходе экспериментальных исследований влияния методов функционализации и структурного модифицирования графеновых материалов на эксплуатационные характеристики накопителей энергии получено, что электрод на основе нанопористого углерода и графеновых нанопластинок, синтезированных в лаборатории обладает меньшим электрическим сопротивлением. а для электрода на базе тех же материалов, синтезированных на макетной установке, прослеживается вклад импеданса Варбурга.

  • Разработаны методы получения электропроводящих композитов накопителей энергии конденсаторного типа и технология получения модифицированного парафина с улучшенными теплофизическими характеристиками (увеличение теплопроводности и теплоемкости при модифицировании ГНП).

  • Разработаны учебно-методические материалы для интеграции результатов исследований в учебный процесс.

  • Полученные результаты позволяют сделать вывод о перспективности найденных теоретических и экспериментальных подходов и продолжения работ по проекту.

 

joomla hosting: by Simplweb