The object of research, development or design (in Russian) : Керамика на основе ZnGa2O4

The object of research, development or design (in Kazakh) : ZnGa2O4 негізіндегі керамика

Aim of work (in Russian) : Проект ставит своей главной целью создание инновационных функциональных соединений на основе галлиевых шпинелей, предназначенных для использования в качестве люминофоров. Эти новые материалы будут способствовать улучшенному управлению оптоэлектронными и люминесцентными свойствами, что откроет новые возможности для сферы освещения.

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның негізгі мақсаты - фосфор ретінде пайдалану үшін галлий шпинельдеріне негізделген инновациялық функционалды қосылыстар жасау. Бұл жаңа материалдар оптоэлектрондық және люминесценттік қасиеттерді басқаруды жақсартуға ықпал етеді, жарықтандыру саласында жаңа мүмкіндіктер ашады.

Методы исследования (на русском) : Методы исследования включают твердофазный синтез с оптимизацией температурно-временных режимов, последующее проведение комплексных структурных анализов (XRD, EDX, Raman, IR) и изучение люминесцентных характеристик. Исследуются критерии выбора легирующих элементов и их влияние на фотолюминесценцию и катодолюминесценцию в стационарных и временных режимах

Методы исследования (на казахском) : Зерттеу әдістеріне оңтайландырылған температура-уақыт режимдері бар қатты фазалы синтез, содан кейін кешенді құрылымдық талдаулар (XRD, EDX, Раман, ИК) және люминесценция сипаттамасы кіреді. Қоспа элементтерін таңдау критерийлері және олардың тұрақты және өтпелі режимдерде фотолюминесценция мен катодолюминесценцияға әсері зерттеледі.

Obtained results and novelty (in Russian) : Впервые разработаны и экспериментально реализованы высокотемпературные сенсоры метана на основе керамик ZnGa₂O₄:Er, демонстрирующие устойчивую работу в диапазоне температур, характерных для процессов сгорания. Показано, что эрбиевое легирование приводит к формированию уникальных оптических откликов, чувствительных к изменению концентрации CH₄ при высоких температурах. В работе впервые установлена корреляция между структурными особенностями ZnGa₂O₄:Er, дефектным состоянием матрицы и механизмами газочувствительности в условиях интенсивного окислительно-восстановительного обмена. Получены новые данные о поведении редкоземельных ионов в спинельной решётке при экстремальных термических нагрузках, что позволило расширить понимание принципов проектирования высокотемпературных оптических сенсоров. Предложенный подход открывает возможность создания новых классов активных функциональных материалов на основе галлиевых спинелей для мониторинга процессов горения и промышленной безопасности.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : ZnGa₂O₄:Er керамикасына негізделген жоғары температуралы метан сенсорлары алғаш рет әзірленіп, тәжірибе жүзінде енгізілді. Олар жану процестеріне тән температура диапазонында тұрақты жұмыс істеуді көрсетеді. Эрбийді легирлеу жоғары температурада CH₄ концентрациясының өзгеруіне сезімтал бірегей оптикалық реакциялардың пайда болуына әкелетіні көрсетілген. Бұл зерттеу алғаш рет ZnGa₂O₄:Er құрылымдық ерекшеліктері, матрицаның ақаулы күйі және қарқынды тотығу-тотықсыздану алмасуы жағдайындағы газ сезімталдығы механизмдері арасындағы корреляцияны орнатады. Шпинель торындағы сирек кездесетін жер иондарының экстремалды термиялық жүктемелер кезіндегі әрекеті туралы жаңа деректер алынды, бұл жоғары температуралы оптикалық сенсорлардың жобалау принциптерін түсінуімізді кеңейтеді. Ұсынылған тәсіл жануды бақылау және өнеркәсіптік қауіпсіздік үшін галлий шпинельдеріне негізделген белсенді функционалды материалдардың жаңа кластарын жасау мүмкіндігін ашады.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Основные конструктивные и техн.-эконом. показатели (ТЭП) разработанных высокотемпературных сенсорных материалов на основе ZnGa₂O₄:Er отражают их устойчивость, функциональность и доступность для практического применения. Полученная твердофазным синтезом керамика с оптимизированными режимами спекания, характеризуется высокой плотностью, однородной микроструктурой и стабильной спинельной фазой, обеспечивает надежную работу сенсорного элемента в условиях температур до 900–1000°C. Материал сохраняет структурную целостность и химическую инертность при длительном термическом воздействии и в среде продуктов сгорания, присутствие эрбиевых ионов формирует стабильные оптические центры, обеспечивающие чувствительный и воспроизводимый отклик на изменение концентрации метана. ТЭП связаны с использованием твердофазного метода получения, позволяющего снизить себестоимость и упростить масштабирование производства без применения дорогостоящих вакуумных технологий. Высокая термостойкость, долговечность материала уменьшают экспл. расходы, повышают надежность сенсорных систем и обеспечивают экономическую эффективность за счёт снижения частоты замены элементов и повышения безопасности процессов горения. Оптический принцип регистрации сигнала минимизирует энергопотребление, позволяет легко интегрировать такие сенсоры в существующие промышленные системы мониторинга, формируя основу для создания нового поколения высокотемпературных газоанализаторов для энергетики, пром. безопасности и эко-контроля.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : ZnGa₂O₄:Er негізінде жасалған жоғары температуралы сенсорлық материалдардың негізгі конструкциясы мен техникалық-экономикалық көрсеткіштері(ТЭК) олардың тұрақтылығын, функционалдығын және практикалық қолдануға қолжетімділігін көрсетеді. Оңтайландырылған күйдіру жағдайларымен фазалы синтез арқылы алынған керамика жоғары тығыздықпен, біркелкі микроқұрылыммен және тұрақты шпинель фазасымен сипатталады. Олар сенсорлық элементтің 900–1000°C дейін сенімді жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Материал ұзақ уақыт термиялық әсер ету кезінде және жану ортасында құрылымдық тұтастықты және химиялық инерттілікті сақтайды. Эрбий иондарының болуы тұрақты оптикалық орталықтарды түзеді, бұл метан концентрациясының өзгеруіне сезімтал, қайталанатын реакцияны қамтамасыз етеді. ТЭК көрсеткіштері қымбат вакуумдық технологияларды пайдаланбай шығындарды азайтатын, өндірістің масштабталуын жеңілдететін қатты фазалы өндіріс әдісін қолданумен байланысты. Материалдың термиялық тұрақтылығы мен беріктігі пайдалану шығындарын азайтады, сенсорлық жүйелердің сенімділігін арттырады және компоненттерді ауыстыру жиілігін азайту және жану процестерінің қауіпсіздігін жақсарту арқылы тиімділікті қамтамасыз етеді. Оптикалық сигналды жазу принципі қуат тұтынуды азайтады және мұндай сенсорларды қолданыстағы өнеркәсіптік мониторинг жүйелеріне оңай біріктіруге мүмкіндік береді, бұл энергетика, өнеркәсіптік қауіпсіздік және қоршаған ортаны бақылау үшін жаңа буын жоғары температуралы газ анализаторларын жасауға негіз болады.

Level of implementation (in Russian) :

Level of implementation (in Kazakh) :

Efficiency (in Russian) :

Efficiency (in Kazakh) :

Field of application (in Russian) : Разработанные высокотемп. сенсоры на основе ZnGa₂O₄:Er обладают широким спектром областей применения благодаря высокой термостойкости, стабильности оптического отклика и устойчивости к агрессивным средам. Они могут эффективно использоваться в системах мониторинга процессов горения, где необходима точная регистрация концентрации метана при температурах, недоступных для традиционных полупроводниковых сенсоров. Они востребованы в энергетике, газотурбинные установки, печи и котельное оборудование, где контроль состава газовой смеси напрямую влияет на безопасность и эффективность работы оборудования. Сенсоры перспективны для применения в нефтегазовой промышленности, особенно в зонах высокотемпературной переработки углеводородов, на факельных установках и в системах предупреждения аварийных выбросов. В металлургии и хим. промышленности они могут использоваться для контроля атмосферы в реакторах и печах, предотвращая образование взрывоопасных концентраций газов. Высокая устойчивость к радиации и химически агрессивным средам делает такие материалы потенциально применимыми в установках ядерной энергетики и в системах безопасности, связанных с высокотемпературными и экстремальными условиями эксплуатации. Благодаря оптическому принципу анализа и устойчивости к электромагнитным помехам данные сенсоры подходят для интеграции в автоматизированные комплексы технологического контроля, интеллектуальные системы диагностики и цифровые платформы промышленного интернета вещей.

Field of application (in Kazakh) : ZnGa₂O₄:Er негізінде жасалған жоғары температуралы сенсорлар жоғары термиялық тұрақтылығына, тұрақты оптикалық реакциясына және агрессивті ортаға төзімділігіне байланысты кең ауқымды қолданысқа ие. Оларды дәстүрлі жартылай өткізгіш сенсорларға қол жетпейтін температурада метан концентрациясын дәл жазу қажет болатын жануды бақылау жүйелерінде тиімді пайдалануға болады. Олар энергетика саласында, соның ішінде газ турбиналық қондырғыларда, пештерде және қазандық жабдықтарында сұранысқа ие, мұнда газ қоспасының құрамын бақылау жабдықтың қауіпсіздігі мен тиімділігіне тікелей әсер етеді. Сенсорлар мұнай-газ өнеркәсібінде, әсіресе жоғары температуралы көмірсутектерді өңдеу аймақтарында, алау отынында және апаттық шығарындылардың алдын алу жүйелерінде қолдану үшін перспективалы. Металлургия және химия өнеркәсібінде оларды реакторлар мен пештердегі атмосфераны бақылау үшін пайдалануға болады, бұл жарылғыш газ концентрациясының пайда болуына жол бермейді. Радиацияға және химиялық агрессивті ортаға жоғары төзімділік бұл материалдарды атом электр станцияларында және жоғары температуралы және экстремалды жұмыс жағдайларымен байланысты қауіпсіздік жүйелерінде қолдануға мүмкіндік береді. Оптикалық талдау принципі мен электромагниттік кедергілерге төзімділігінің арқасында бұл сенсорлар автоматтандырылған процестерді басқару жүйелеріне, интеллектуалды диагностикалық жүйелерге және Заттар өнеркәсіптік интернеті үшін сандық платформаларға интеграциялауға жарамды.