Охлаждение полупроводниковых приборов

Основой этого направления исследований и научно-педагогической школы стала организованная в 1978 году при кафедре электротехники Проблемная лаборатория охлаждения полупроводниковых приборов. Ее создателем и научным руководителем был А.И.Исакеев. Областью основных научно-технических исследований и разработок стали энергетические системы автоматического регулирования транспорта на магнитном подвешивании. Работа лаборатории проводилась в рамках важнейших государственных научно-технических программ по созданию высокоскоростного наземного транспорта, и внедрялась на опытных вагонах полигона в г.Раменское Московской области, а также на Новочеркасском электровозостроительном заводе. Ряд работ выполнялись совместно с Новочеркасским НИИ электровозостроения, ВНИПИ «Гидротрубопровод», ЛИИЖТом, МИИТом, НПИ, РИИЖТ, КПИ и др. По итогам исследований опубликованы две монографии: «Расчет температурных полей узлов энергетических установок» и «Эффективные способы охлаждения полупроводниковых приборов», вышло из печати более ста научных трудов, получено более 30 авторских свидетельств на изобретения, защищен ряд кандидатских диссертации, выполнен цикл дипломных работ, получены две медали ВДНХ. Активное участие в научных исследованиях принимали студенты, результаты работы лаборатории внедрены в учебный процесс.

Сверхпроводимость

Большое научное и практическое значение имели выполненные на кафедре исследования, связанные со сверхпроводимостью. Теоретические работы в этой области проводились на кафедре еще в конце 1960-х, начале 70-х годов доцентом Власовым. В 1980-х годах под руководством Г.Г.Барщевского был выполнен цикл работ по проблемам технического применения сверхпроводимости. Исследованы переходные процессы в криотурбогенераторах, разработаны оригинальные конструкции коаксиальных криогенных токовводов, устройств обнаружения нормальной фазы в сверхпроводящих электромагнитных системах и их аварийной защиты. Новизна исследований подтверждена 20 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения, опубликован ряд научных статей. За активную изобретательскую деятельность и внедрение на установке «ТОКАМАК-15» одного из изобретений Г.Г.Барщевский и В.В.Петров удостоены знака «Изобретатель СССР». По материалам исследований защищены две кандидатские диссертации, основные результаты внедрены на АО «Электросила», ЦНИИСЭТ, НИИЭФА им. Д.Е.Ефремова и др. Опубликовано четыре учебных пособия по сверхпроводимости.

Термоэлектрическое преобразование энергии

В конце 1970-х годов на кафедре начаты исследования в области термоэлектрического преобразования энергии. В те годы был выполнен цикл работ по созданию системы автоматики для термоэлектрического охлаждающего устройства, предназначенного для нужд космической медицины. С середины 1990-х годов под руководством Л.П. Булата возрождается научно-техническое направление, связанное с термоэлектрическим преобразованием энергии. Выполнен цикл теоретических исследований свойств материалов для термоэлектрических преобразователей энергии, построена теория нелинейных и нелокальных явлений, возникающих в термоэлектрических преобразователях энергии в экстремальных условиях, выявлен ряд новых эффектов, предложены методы существенного повышения энергетических параметров преобразователей. Разработаны термоэлектрические охлаждающие блоки для различных целей. Создано семейство высокочувствительных полупроводниковых термоэлектрических тепломеров для измерения плотности тепловых потоков. Эти сенсоры применяются в авиастроении, в судостроении, в машиностроении, на транспорте, в химической, нефтехимической и пищевой промышленности, в коммунальном хозяйстве и т.п. По различным проблемам термоэлектрического преобразования энергии опубликовано несколько десятков работ в международных изданиях, сделано более 50 докладов на международных конференциях, в том числе в США, Великобритании, Германии, Франции, Испании, Чехии, Польше, Дании, Японии, Южной Корее, Китае, Австралии, Мексике. Исследования ведутся при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Международного научного фонда, фонда Макартуров, общества материаловедения США, Корейского инженерного общества и др. Налажена кооперация в выполнении исследований и разработок с Корейским институтом энергетических исследований, Институтом термоэлектричества НАН Украины, Киевским политехническим институтом, Исследовательским Центром СИНВЕСТАВ (Мексика) и Национальным политехническим институтом Мексики, Международным центром экологии и энергии (Дания). По данной тематике налажено информационное взаимодействие с институтами и фирмами США, Франции, Великобритании, Германии, Дании, Мексики, Израиля, Ю.Кореи, Китая, Японии, Бразилии и Австралии, выполняются дипломные работы и проекты. В 2005 г. завершено выполнение двух масштабных научно-исследовательских работ по данной тематике:

1. Исследования по разработке нового поколения термоэлектрических преобразователей энергии для нужд промышленности, транспорта, медицины, экологии.
2. Квантовые, нелинейные и нелокальные явления переноса в структурах с неоднородностями субмикронных и наноразмеров – материалах для термоэлектрических преобразователей энергии нового поколения.

По термоэлектрическому преобразованию энергии за последние годы опубликованы следующие книги:

1. Термоэлектрическое охлаждение. Булат Л.П., Ведерников М.В., Вялов А.П. и др. Под ред. Л.П.Булата. СПбГУНиПТ, Санкт-Петербург, 2002, 147 стр.
2. Булат Л.П., Бузин Е.В. Термоэлектрические охлаждающие системы. СПбГУНиПТ, Санкт-Петербург, 2001, 42 стр.
3. Анатычук Л.И., Булат Л.П. Полупроводники в экстремальных условиях. Наука, Санкт-Петербург, 2001, 224 стр.

Термоэлектрическое преобразование энергии

Основные статьи:

1. Anatychuk L.I., Bulat L.P. Thermoelectric Phenomena under Large Temperature Gradients. Thermoelectrics Handbook: Macro to Nano-Structured Materials. Ed. by D. M. Rowe. 2005, CRC Press: New York, London, Tokyo, 2005. 930 p., Chapter 3.
2. A. Snarskii, L.P. Bulat. Anisotropic Thermoelements. Thermoelectrics Handbook: Macro to Nano-Structured Materials. Ed. by D. M. Rowe. 2005, CRC Press: New York, London, Tokyo, 2005. 930 p., Chapter 45.
3. Bulat L.P., Logvinov G.N. Solid-state structures with submicron and nanoscale inhomogeneities as materials for new generation of coolers. Prikladnaya Fizika. 2005. - № 2, p.30-37.
4. Bulat L.P. and Yang Y.S. Performance of Miniature Thermoelectric Energy Converters: Size and Nonlinear Phenomena. Proceedings of 2-nd European Conference on Thermoelectrics, Krakow, Poland, 2004.
5. Bulat L.P. New generation of solid state coolers // Kholodilnaya Teknika, 2004, No.8. P.2-7.
6. Bulat L.P. and Nekhoroshev V.I. Thermoelectric cooling-heating unit for thermoelectric body of pickup refrigerated tracks // Proceedings of 22 International Conference on Thermoelectrics, La Grande-Motte, France, IEEE, USA, 2003, p.648-651.
7. Fizika. 2003. - № 1. P.118-123.
8. Bulat L.P. Nonlinear anisotropic thermoelectric energy converter based on semiconductor films // Proceedings of 22 International Conference on Thermoelectrics, La Grande-Motte, France, IEEE, USA, 2003, p.372-375.
9. Bulat L.P. and Sher E.M. Some Aspects of Phase Transitions Control by Thermoelectric Method. XXI International Conference on Thermoelectrics, Proceedings, IEEE, USA, 2003. P.500-503.
10. Bulat L.P., Buzin E.V and Whang U.S. Physical Processes in Thermoelectric Coolers. XX International Conference on Thermoelectrics, Proceedings, IEEE, NJ, USA, 2002. P.435-438.
11. Buzin E.V. and Bulat L.P. Personal Thermoelectric Air-Conditioner. Ioffe Physical-Technical Institute, St. Petersburg, Russia, 2002. - P. 369-374.
12. Bulat L.P. Thermoelectric Cooling in Russia: State and Trends. Ioffe Physical-Technical Institute, St. Petersburg, Russia, 2002. - P. 36-41.
13. Bulat L.P. and Sher E.M. Increase of Thermoelectric Efficiency in Macroscopically Inhomogeneous Medium. Proceedings of 19 International Conference on Thermoelectric, Cardiff, UK, 2001.
14. Bulat L.P., Buzin E.V. and Whang U.S. Physical processes in thermoelectric coolers// Proceedings of 20 International Conference on Thermoelectric, Beijing, China, IEEE, USA, 2001, p.435-438.
15. Bulat L.P. and Osipov E.V. Samoilovich’s anisotropic thermoelement and it applications. Ioffe Physical-Technical Institute, St. Petersburg, Russia, 2000. - P. 375-379.
16. Bulat L.P. and Yang Y.S. New Nonlinear Effects in Thermoelectric Microcoolers for Electronics // Proceedings of the 20 International Congress of Refrigeration, (Sydney, 1999). IIR, France, 2000.
17. Bulat L.P., Buzin E.V. and Kuzmina T.G. Modern request to indoor environment and thermoelectric cooling // Thermoelectrics and Application. Ioffe Physical-Technical Institute, St. Petersburg, Russia, 2000. - P. 241-245.