Ово ће омогућити израду безопасних нуклеарних батерија које ће трајати 100 година — за пејсмејкере, минијатурне мераче шећера или крвног притиска, за даљинске системе телеметрије објеката, микро-роботе, те уређаје трајног аутономног рада – саопштава прес-служба Универзитета.
Резултати истраживања су објављени у часопису Аплајд физикс летерс.
Проблем минијатуризације
Данас истраживања карактеристика нанообјеката изазивају повећано интересовање стручњака због тренда минијатуризације техничких уређаја, посебно у сфери наноелектронике. Савремена достигнућа у области израде микро и нано електромеханичких система (МЕМС и НЕМС), која уједињују у једном уређају наноелектронику и механичке компоненте, као што су погони, пумпе или мотори, могу да постану перспективна за израду микрофизичких, биолошких или хемијских сензора.
Међутим, масовној имплементацији оваквих уређаја смета одсуство минијатурних извора напајања за снабдевање електричном енергијом микроелектромеханичких и наноелектромеханичких система.
Данас научници активно истражују могућност минијатуризације уобичајених литијум-ионских батерија, соларних батерија, горивних ћелија и свих могућих врста кондензатора. Међутим, димензије таквих извора напајања још увек су превелике за израду стварно микро и нано система.
Другачији приступ проблему напајања савремених и перспективних МЕМС и НЕМС је повеан са применом радиоизотопских батерија.
Радиоизотопске, односно нуклеарне батерије су извори електричне струје у којим се енергија радиоактивног распада метастабилних елемената – атомских језгра – претвара у електричну енергију. Карактеришу се већом густином енергије за јединицу масе и обима. Време стабилног издвајања енергије се варира у широком дијапазону, у зависности од врсте нуклида. Радиоизотопске батерије могу да раде трајно и стабилно, не захтевају одржавање, бешумне су.
Уникатна својства никла 63
Сада се једним од најкраћих путева претварања енергије нуклеарног распада у електричну енергију сматра термоелектрично претварање. Међутим, научници активно истражују и бетаволтаичке изворе напајања који су врло интересантни за практичну примену. Ствар је у томе да при коришћењу у минијатурном извору напајања радиоизотопа који емитују благо бета-зрачење, може се лако направити систем физичке заштите корисника и објеката у околини од радијације. Зато се такви извори напајања сматрају перспективним за цивилну употребу.
Научници НИНУ МИФИ проучили су електрофизичка својства нанокластерског филма никла и одредили оптималне параметре експеримента за израду ефикасног претварача енергије бета распада никла 63 у електричну енергију.
Радиоизотоп никл 63 један је од перспективнијих радионуклида у бетаволтаици. Ово је блажи бета-израчивач с трајним временом полураспада од 100,1 година. Зато је никл 63 уникатни елеменат који је погодан за трајно напајање система који не захтевају високу енергетску потрошњу.
Са аспекта материјала, никл је такође доста добар метал, који је пластичан, релативно инертан, лако се обрађује, при раду са њим није потребан контејнер за транспорт и чување.
Према речима научника, повећање ефикасности постојећих претварача енергије бета-распада никла 63 у електричну енергију те проналажење алтернативних физичких система су веома перспективни задаци савремене науке.
Нови приступи научника НИНУ МИФИ
Истраживачи су направили оригинални физички систем који дозвољава да се изврши ефикасну генерацију секундарних електрона директно унутар наноструктурисаних слојева никла и значајно повећа струјни сигнал изазван каскадом вишекратних нееластичних судара бета-честица, — саопштио је доцент катедре физичко-техничких проблема метрологије Института ласерских и плазмених технологија НИНУ МИФИ Петар Борисјук.
„Овај систем је релативно једноставан са тачке гледишта експерименталне реализације и представља комбинацију чврсто пакованих нанокластера никла уз градијентно распоређивање нано честица према димензијама, а које се таложе на површини широкозонског диелектрика – силицијум диоксида“, испричао је научник.
Током истраживања научници су закључили да формирање нано кластерских слојева никла 63 уз градијентно распоређивање наночестица према димензијама пружа уникатну могућност комбиновати два важна процеса. Прво, може се формирати површине са фиксном разликом потенцијала која се одређује разликом димензија наночестица у одређеном правцу. Друго, може се вршити претварање енергије бета-распада никла 63 у ток електрона, не користећи додатне компликоване у реализацији полупроводне системе.
Резултати који су добили научници потврђују да формиране градијентне нанокластерске фолије никла имају уникатна својства. Област примене радиоизотопских извора напајања са термоелектричним претварањем практино је безгранична. Простире од нуклеарних батерија врло малих димензија за напајање микро и нано електромеханичких система до пејсмејкера, минијатурних мерача шећера или крвног притиска, за системе телеметрије објеката удаљених од инфраструктуре, за микророботе различите специјализације и намене, те уређаје за трајни аутономни рад у далеком свемиру, на великим дубинама и у рејонима Крајњег Севера.
Истраживање научника НИНУ МИФИ се вршило у оквиру гранта Руског научног фонда.