Конференция_Андреев

1.

Министерство образования и науки Мурманской области
ГАПОУ МО «Кандалакшский индустриальный колледж»
ГРАФЕН И ЕГО
ПРИМЕНЕНИЕ
Выполнил студент ГАПОУ МО «КИК»
группа № 240 Андреев Давид
Руководитель:
Демидова Е.Ю., преподаватель электротехники.

2.

Введение.
Силовые кабели – это неотъемлемая часть современной энергетической отрасли. Их использование в
различных сферах человеческой жизни предполагает постоянное совершенствование технологий
производства, а также внедрение новых инноваций. Это позволяет существенно повышать качество и
технические характеристики кабельно-проводниковой продукции, делать ее более производительной,
эффективной и безопасной.
Необходимость внедрения инноваций в производственные процессы кабельной продукции
обусловлена быстрым совершенствованием энергетической отрасли. В связи с этим требуется
разработка и применение новых высокотехнологичных материалов, способных обеспечить высокую
прочность и проводимость КПП, ее износостойкость, устойчивость к разным условиям эксплуатации.
Сверхпроводящее сырье, предполагающее применение композитных включений и полимеров,
позволяет создавать кабели, устойчивые к высоким температурам, влажности и иным внешним
факторам. При этом, подобная продукция отличается гибкостью, малым весом, а также
компактностью. С ее помощью можно эффективно транспортировать элетроэнергию на большие
расстояния с минимальными потерями.В настоящее время высокотехнологичное производство
кабельно-проводниковой продукции позволяет создавать силовые кабели с революционно высокой
пропускной способностью тока. Если еще недавно предельным значением этого показателя было
лишь 1 кА, то теперь оно достигает 5 кА. Подобный шаг в развитии данной отрасли стал настолько
грандиозным, что позволил свершить серьезный скачок в мировом энергетическом прогрессе. Кроме
этого, в Китае проводятся разработки и испытания силовых кабелей со способностью передавать ток
в 20 кА.

3.

Цель исследования:
1. Рассмотреть свойства инновационных материалов и
способы их применение в энергоснабжении.
2. Обосновать выбор в пользу инновационных материалов в
энергетике.
Задачи исследования:
Изучить теоретический материал, используя различные источники информации.
Провести сравнительный анализ между традиционными и инновационными материалами,
используемые в энергетике, в частности, изготовления силовых кабелей.
Обобщить, синтезировать изученный в ходе работы научный материал и сформулировать
выводы.
Объект исследования: инновационный материал графен для производства
токопроводящих жил силового кабеля и ... Для изоляции жил.
Предмет исследования: физико-механические свойства материалов и их критерии выбора.

4.

Гипотеза:
Реалии настоящего времени таковы, что в современном
производстве требуется применение высокотехнологичных
материалов. Использование графена в производстве проводящих
жил силового кабеля способно расширить области его
применения.

5.

ЧТО ТАКОЕ
НАНОМАТЕРИАЛЫ
?
• Наноматериалы — это материалы,
структурные элементы которых (частицы,
волокна, слои) имеют размеры от 1 до 100
нанометров хотя бы в одном измерении.
Такие как: наносеребро, наночастицы
железа, графен и ТД.

6.

Что такое
графен?
Графен — это двумерный материал,
представляющий собой слой атомов углерода
толщиной всего в один атом, объединенных в
гексагональную (сотовую) решетку. Он является
самым тонким, прочным и легким материалом,
обладающим уникальной электро- и
теплопроводностью, гибкостью и прозрачностью.

7.

КТО ИЗОБРЕЛ,
ОТКРЫЛ ГРАФЕН?
• Графен получили и описали в 2004
году физики Андрей Гейм и Константин
Новосёлов, работавшие в
Манчестерском университете.
Используя простой графитовый
карандаш и скотч, они смогли отделить
от графита слой толщиной в один
атом. За этот прорыв они получили
Нобелевскую премию по физике в 2010
году.
Андрей Константинович Гейм
Константин Сергеевич

8.

Ключевые оспекты
открытия физиков
Суть открытия: Доказано
существование двумерных
кристаллов (толщиной в один атом)
Метод: Механическое расщепление
(отслаивание) графита скотчем,
названное методом «скотч-тейп».

9.

Применение
Графена
• Графен применяется в электрике и
электронике благодаря сверхвысокой
электро- и теплопроводности, гибкости
и прочности
• Источники энергии: Создание Li-ion
аккумуляторов с ускоренной зарядкой и
увеличенной емкостью.
• Электроника и микросхемы: Разработка
транзисторов нового поколения
(посткремниевая эра), супербыстрых
процессоров и элементов флеш-памяти.

10.

Гибкая электроника: Прозрачные
электроды, сенсорные экраны,
«умная» одежда и гибкие OLEDдисплеи.
Электропроводящие
материалы: Композиты, пластики,
резины и чернила для печатной
электроники.
Силовые устройства: Улучшение
контактных пластин в реле и
переключателях для повышения
износостойкости.
Датчики: Сверхчувствительные
сенсоры для умных устройств.

11.

Уточнение про
RFID-МЕТКИ
RFID-метки (транспондеры) — это компактные
электронные устройства для автоматической
идентификации объектов с помощью радиосигналов,
состоящие из чипа (памяти) и антенны. Они
позволяют бесконтактно считывать/записывать
данные (логистика, склад, оплата, чипирование)
на расстоянии до 300 метров. Метки делятся на
пассивные (без батареи) и активные (с
батареей).

12.

Практическая
часть:
• В работе я решил сравнить традиционные
материалы с инновационными, применяемых в
силовых кабелях.
• Силовые кабели – это ...
• Необходимость внедрения инноваций в
производственные процессы кабельной
продукции обусловлена ...

13.

Сравнительная характеристика
Проводниковый материал
Критерии выбора
Физико-механические характеристики
Медь
в соответствии с действующими стандартами выпускают
качественную и достаточно надежную продукцию. Однако,
увеличение цен на медь и жесткие требования к
эффективности и физическим показателям проводов (весу,
степени гибкости, прочности) потребовали разработки
альтернативных вариантов.
Чистая медь — это мягкий и ковкий металл с характерным
красноватым цветом. Она является отличным проводником
электричества и тепла, уступая в этом только серебру.
Плотность меди составляет 8,93 г/см³, что делает её
достаточно тяжёлым материалом. Температура плавления
меди — 1083°C, а температура кипения — 2600°C. Медь
легко подвергается обработке, благодаря своей ковкости и
пластичности: она легко вытягивается в проволоку,
прокатывается в тонкие листы и может быть использована
для создания сложных форм.
Таблиц
а 1.

14.

Проводниковый материал
Медь
Алюминий
Критерии выбора
в соответствии с действующими
стандартами выпускают
качественную и достаточно надежную
продукцию. Однако, увеличение цен
на медь и жесткие требования к
Сравнительная характеристика проводниковых
эффективности и физическим
материалов.
Таблицапоказателям
1.
проводов (весу, степени
гибкости, прочности) потребовали
разработки альтернативных
вариантов.
Данный материал обладает
сопоставимой проводимостью при
более низкой цене, что делает его
Физико-механические
характеристики
Чистая медь — это мягкий и ковкий
металл с характерным красноватым
цветом. Она является отличным
проводником электричества и тепла,
уступая в этом только серебру.
Плотность меди составляет 8,93 г/см³,
что делает её достаточно тяжёлым
материалом. Температура плавления
меди — 1083°C, а температура
кипения — 2600°C. Медь легко
подвергается обработке, благодаря
своей ковкости и пластичности: она
легко вытягивается в проволоку,
прокатывается в тонкие листы и
может быть использована для
создания сложных форм.
Алюминий — лёгкий серебристобелый металл, который обладает
высокой пластичностью, тепло- и

15.

вывод.
Силовой электрический кабель ВВГ — популярный тип проводника переменного тока, отличающийся
простотой монтажа и долговечностью. Сфера его применения достаточно широка: провод может
эксплуатироваться в помещениях с повышенной влажностью, на открытом воздухе.Используется в сетях с
напряжением до 1000 В. Стационарная прокладка силового кабеля может быть выполнена внутри здания в
кабельных каналах или за стеновыми панелями, а также на открытом воздухе в защитных трубах или
подземных траншеях Все это при условии отсутствия механического давления.Особенности: Медные жилы,
изоляция и оболочка из ПВХ, отсутствие усиленной защиты.
В подобном случае традиционный материал будет предпочтителен.
Электропровод — достойная альтернатива зарубежному NYM, обладающему сходными показателями, но
значительно более дорогому.
Кабель ВВГ, технические характеристики и невысокая стоимость которого обеспечивают его широкое
применение, выпускается на многих российских кабельных заводах.
Графен пока еще не получил широкого распространения из-за высокой стоимости производства и сложности
обработки. Тем не менее, исследования в области графена активно ведутся, и с каждым годом появляются новые
технологии, позволяющие снизить стоимость и упростить процесс его производства.
Можно с уверенностью сказать, что графен - это материал будущего, который сыграет ключевую роль в
развитии инженерных систем и технологий. Его уникальные свойства позволят создавать более эффективные,
надежные и экологически чистые устройства и системы, которые будут служить на благо человечества.
Физическая природа 2D-кристалла графена такова, что электроны в графене перемещаются на
значительные расстояния без рассеяния - баллистически; отсюда допустимая плотность тока в графене на 6
порядков может превышать этот показатель для меди. Кроме того, баллистическая проводимость практически не
связана с выделением тепла Графеновые электропровода найдут применение там, где по тем или иным причинам
нежелательно использование металлических электропроводов. Теоретически, уже сегодня этот материал можно
было бы использовать на линиях электропередач. Гипотеза частично подтверждена.