Тензорезисторы, термоэлектрогенераторы: новые поколения датчиков и источников электроэнергии

Питерская «СмС тензотерм Рус»: новый взгляд на датчики и источники электроэнергии

Петербургская инновационная компания «СмС тензотерм Рус» разрабатывает принципиально новую линейку приборов для замеров электричества и новые подходы к источникам электроэнергии. Став недавно резидентом Сколково, разработчик занимается созданием тензорезисторов и прочих полупроводниковых датчиков нового поколения, а также термоэлектрических генераторов, на основе сульфида самария (SmS) – редкоземельного полупроводника с совершенно особыми свойствами.

По расчетам, применение SmS почти утроит КПД традиционных термоэлектрических генераторов, а инновационные тензорезисторы, демонстрирующие более широкий по сравнению с нынешними диапазон выходных сопротивлений и рабочих температур, будут, как полагают разработчики, пользоваться большим спросом в таких разных отраслях, как солнечная и атомная энергетика, аэрокосмическая промышленность, строительство и машиностроение.

Сульфид самария (SmS) известен как полупроводник уже полвека, но довольно долгое время отечественные исследователи не уделяли ему должного внимания. Всего несколько лет назад группа ученых питерского Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе – на тот момент единственного НИИ, всерьез занимавшегося этим вопросом, – открыла в этом материале уникальные свойства, в частности, способность преобразования тепловой энергии в электрическую.

И вот теперь петербургские инноваторы из «СмС тензотерм Рус» намерены извлечь из открытия экономическую пользу, разработав новый базовый материал для первичных полупроводниковых преобразователей и термоэлектрических генераторов – изделий с минимумом недостатков, соответствующих современному уровню развития техники и способных конкурировать на мировом рынке.

Тензометрические изделия

«СмС тензотерм Рус» работает над целым спектром тензометрических изделий нового поколения на основе сульфида самария. В продуктовой линейке тензорезисторы, барорезисторы, датчики давления, силы, перемещения и прочие устройства, применение которых, по мнению разработчиков, «…позволит в значительной мере избавиться от присущих полупроводниковым датчикам механических величин недостатков, сохранив и приумножив их достоинства».

Что такое тензорезистор?

Будущий флагманский продукт компании – тензорезистор. Это резистор, сопротивление в котором варьируется в зависимости от степени его деформации. Устройство помогает замерять деформации элементов, механически с ним связанных.

«СмС тензотерм Рус» планирует сделать разработку первичных полупроводниковых преобразователей на сульфиде самария центральным пунктом своей деятельности в качестве нового резидента иннограда Сколково.

Тензорезистор SmS - TP – это датчик деформаций, чувствительным элементом которого является поликристаллическая пленка моносульфида самария.

Разрабатываемые компанией тензорезисторы имеют коэффициент тензочувствительности К=30-100 и чувствительность электросопротивления к всестороннему сжатию 1-3% на 10МПа (100 атм.). Они работоспособны до относительной деформации 0,3%, давлений всестороннего сжатия 103 МПа и до температур 400 °С, обладают высокой временной стабильностью и рекордной радиационной стойкостью среди известных полупроводников.

Выходные характеристики тензорезисторов практически линейные по деформации, давлению и температуре во всех рабочих диапазонах. Выходной сигнал с датчиков без усиления до 200 мВ, разрешающая способность по относительной деформации не хуже 10-6. Высокая тензочувствительность позволяет измерять напряжения, возникающие в конструкциях не только при нагружении, но и при изменении температуры.

Термоэлектрические генераторы следующего поколения

Пользуясь инфраструктурой и прочими возможностями Сколково, питерская компания также надеется по максимуму задействовать исключительные свойства редкоземельного материала в разработке принципиально новой линейки источников электроэнергии, в первую очередь термоэлектрических генераторов с удвоенным и даже утроенным по сравнению с существующими коэффициентом полезного действия.

Термоэлектрические материалы, применяемые в таких генераторах, обеспечивают прямое преобразование тепловой энергии в электрическую.

В типовых термоэлектрогенераторах для запуска преобразования тепла в электричество необходимы существенные градиенты температур. В генераторах на основе сульфида самария этого, как уверяют создатели, не требуется вовсе, поскольку они действуют с равномерным нагревом.

«СмС тензотерм Рус» заявляет, что с использованием сульфида самария уже удалось увеличить КПД генератора на 40 – 50%.

Сообщается также, что питерцы рассматривают возможность создания термоэлектрических охладителей, работающих на том же принципе. В них отводимое тепло преобразовывалось бы в электрический ток, что заодно делало бы возможным вторичное использование электроэнергии.

С прицелом на глобальный рынок

В «СмС тензотерм Рус» разработаны планы развертывания промышленного производства новых тензорезисторов мощностью 200 тысяч штук в год. Проект будет частично профинансирован из венчурных вливаний от «ВТБ-Капитала» не указанного пока размера. А поскольку петербургская компания намерена продолжать НИОКР по термоэлектрогенерации, подана также заявка и на грант от фонда «Сколково».

Исследователи и экономисты полагают, что при доведении КПД термоэлектрических генераторов до 15% – а это значительное увеличение в сравнении с нынешними максимум 10% – новое поколение генераторов на основе SmS сможет конкурировать со многими существующими сегодня источниками электроэнергии, потенциально «взорвав» глобальный рынок термоэлектрических модулей и доведя его емкость до нескольких миллиардов долларов.

Поставки тензорезисторов уже не за горами

Инженерам «СмС тензотерм Рус» может потребоваться еще какое-то время, прежде чем технология термоэлектрических генераторов на основе сульфида самария будет доведена «до ума» и можно будет говорить о запуске производства. Зато их тензорезисторы уже вполне готовы к выходу на рынок, утверждают в компании.

Инновационные тензорезисторы, демонстрирующие более широкий по сравнению с нынешними диапазон выходных сопротивлений и рабочих температур, будут, как полагают разработчики, пользоваться большим спросом в таких разных отраслях, как солнечная и атомная энергетика, аэрокосмическая промышленность, строительство и машиностроение.

Олег Кузбит, управляющий редактор отдела веб-информации

Источник: Марчмонт Капитал