Электролюминофоры нового поколения для авиастроения разработали ученые СКФУ
Ученые Северо-Кавказского федерального университета разработали материалы для электролюминесцентных панелей. Этот высокотехнологичный продукт используют в авиастроении, в гражданских самолетах российского производства.
– Убежден, что для эффективного технологического прорыва в России нужна кооперация науки и бизнеса, тогда при плодотворном партнерстве мы будем иметь шанс оперативнее внедрять инновации в реальный сектор экономики, – прокомментировал ректор СКФУ Дмитрий Беспалов.
Электролюминесценция представляет собой прямое преобразование электрической энергии в световую. Панели, обладающие таким свойством, состоят из нескольких слоев: подложки, а также диэлектрического, электролюминесцентного, защитного и проводникового слоев. Для создания каждого из них нужны определенные материалы: электролюминофор, диэлектрическая, проводниковая и защитная пасты.
Ученые СКФУ создали порошковый электролюминофор, отличительная особенность которого – наличие на поверхности частиц сульфида цинка тончайшего слоя другого вещества – сульфида меди толщиной менее 400 нанометров. Это обеспечивает высокие яркостные характеристики при низковольтном возбуждении. Главный заказчик этого материала – АО «ОКБ» Аэрокосмические Системы», которое участвует в разработке российского среднемагистрального узкофюзеляжного пассажирского самолет МС-21. Именно в нем применяют материалы из университетской лаборатории.
Электролюминесцентные панели видел каждый, кто летал в самолете. Во время посадки и взлета, когда в салоне выключают освещение, специальные светящиеся линии на полу остаются одними из немногих источников света. Их используют для обозначения дорожек к аварийным выходам. Это экономичный источник освещения, который удовлетворяет высоким технологическим запросам в авиации.
– В отличие от светодиодов, электролюминесцентные панели обладают рядом преимуществ. Так, в авиастроении итоговый вес воздушного судна очень важен, и борьба идет за каждый грамм, – рассказывает ведущий инженер лаборатории керамики и технохимии научно-исследовательской лаборатории научно-лабораторного комплекса чистых зон Физико-технического факультета СКФУ Станислав Кичук. – Вес панели будет примерно в пять раз меньше светодиодной ленты. Соответственно, воздушное судно сможет взять на борт больше груза и пассажиров.
Технология синтеза электролюминофоров разрабатывалась и в СССР, но тогда характеристики были хуже. Напряжение, при котором работали советские панели, составляло 220 вольт, в то время, как разработка ученых из СКФУ при той же яркости работает при 110 вольт. Соответственно, увеличивается срок службы и энергоэффективность. Яркость панелей при низковольтном напряжении 110 вольт составляет 80 кандел. Это считается большим показателем для подобных материалов и соответствует яркости 80 свечей. Как отметили специалисты научно-лабораторного комплекса чистых зон СКФУ, это значение можно увеличить, а также создать аэрозольные составы. Но спрос на их использование пока не сформировался. К тому же необходимо усовершенствовать некоторые технологические решения.
– В самолетах такие панели используются уже давно, но область их применения не ограничивается только авиацией. Из них, к примеру, можно изготавливать рекламные щиты. В устройствах, в которых невозможно поставить светодиодную матрицу из-за слишком большой массы, на помощь приходят люминесцентные модули. Это направление популярно в азиатских странах. ELD-дисплеи применяются в медицинском и промышленном оборудовании, где нужно добиться высокой яркости, скорости обновления и надежности устройств. Электролюминесцентные панели можно сгибать, тем самым придавать нужную форму – еще одно ее преимущество, – отметил Станислав Кичук.
Потребление люминофоров во много раз экономичнее и ярче, чем обычные источники: например, если учесть, что обычная лампочка накаливания потребляет 100% электроэнергии, то при такой же светоотдаче люминофоры потребляют 20% электроэнергии, светодиоды – 5%, лазерные источники около 2%, электролюминофоры менее 1%.
Как на российском, так и мировом рынке электролюминофоров существует высокая потребность в такой продукции. Дело в том, что в мире всего около пяти компаний из США, Германии и Китая занимаются производством компонентов для электрических панелей, так как это требует высокотехнологичного оборудования. Лаборатория Северо-Кавказского федерального университета – единственная в России, которая производит такие компоненты. Из-за международных санкций наработки российских исследователей фактически заместили импортную продукцию, предвосхитив дефицит в отрасли.
Результаты проведенных исследований презентованы на Конференции российских молодых исследователей в области электротехники и электроники в Санкт-Петербурге и опубликованы: Kichuk, S. N., Chikulina, I. S., Kononov, Y. G., Kravtsov, A. A., Vakalov, D. S., Krandievsky, S. O. Synthesis of ZnS: Cu, Al electroluminescent powder using nanohybridization process // Proceedings of the 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2022. – 2022. – Стр.: 1119 – 1122. – DOI10.1109/ElConRus54750.2022.9755711.