Термостатируемый реактор для выращивания кристаллов в условиях микрогравитации

Термостатируемый реактор для выращивания кристаллов в условиях микрогравитации
Даты проведения
с 2017-04-03 по 2017-10-18
Следуя центральному направлению научной школы в этом году - "Космическое путешествие", мы рассмотрели варианты исследований, выполняемых в космосе. Важная часть таких исследований посвящена выращиванию кристаллов (например проект SpaceDrums). Мы сначала рассмотрели основные факторы роста идеальных кристаллов, выяснили что такое кристалл, поверхностное натяжение, энергия грани, научились по кристаллической структуре предсказывать форму кристалла. За объект изучения нами был выбран медный купорос. Условия отсутствия гравитации мы моделировали погружением в воду (космонавты тоже используют этот прием) на тонком волоске кристалла-затравки, параллельно узнали что такое насыщенный раствор и как его приготовить. Проект SpaceDrums служил для нас прототипом. Мы повторили форму его камеры в виде додекаэдра, смоделированного в SolidWorks и распечатанного на 3D-принтере. Для поддержания стационарных условий мы применили "умную" систему с обратной связью: датчик температуры - Genuino101 (программировали) - элемент Пельтье. В итоге мы убедились в лучшем качестве выращенного в подобранных условиях кристалла по сравнению с двумя контрольными способами выращивания без использования нашего реактора. Отчет о проделанной работе оформлен в виде презентации по адресу https://cloud.mail.ru/public/G6dQ/7nPFwPdfD и видео презентации https://cloud.mail.ru/public/88Q3/4Li3YBk1S
В работе использованы 3D-проектирование (в SolidWorks) и 3D-печать, программирование микроконтроллера Intel Genuino 101 в системе с обратной связью: датчик температуры-микроконтроллер-элемент Пельтье, которые совмещены в одном приборе, поддерживающем постоянные условия роста кристалла

Особенность работы заключается в сочетании теоретических знаний из курса кристаллографии о принципах роста кристаллов, использования микроконтроллера в системе с обратной связью, 3D -проектирования и печати. В работе сделан реактор для выращивания кристаллов, в котором можно контролировать температуру, влажность, степень насыщения раствора, его прозрачность. С его помощью даже можно изучать механизм роста кристаллов в условиях микрогравитации. Такие эксперименты сейчас проводят в космосе
Харченко Андрей Васильевич NRJcamp (Polycent)
Смоделировать условия роста идеального кристалла в термостатируемом реакторе, управляемом микроконтроллером Genuino 101
"1) рассмотреть основные условия влияющие на рост кристаллов; 2) создать реактор для выращивания кристаллов с применением 3D-печати; 3) написать программу регулировки температуры для микроконтроллера Genuino 101; 4) вырастить кристалл."
Выращивание идеальных кристаллов - важная задача, т. к. их свойства необходимы для создания различных электрических компонентов микро и наноэлектроники. Разобраться какие факторы влияют на рост таких кристаллов и смоделировать систему, в которой они могли быть задействованы мы постарались в нашей летней научной школе. Охватить наибольший круг этих факторов мы смогли лишь с использованием "умной" системы с обратной связью на основе микроконтроллера Genuino 101.
В результате работы собран реактор для исследования различных факторов выращивания кристаллов. Получены 3 типа кристаллов, выращенных в разных условиях. Установлено, что наиболее качественный кристалл получается в условиях микрогравитации (подвешен в растворе), постоянной температуре, котороя ниже чм в остальных двух случаях и отсутствии вибраций. Более детально результаты представлены в презентации (https://cloud.mail.ru/public/G6dQ/7nPFwPdfD) и на видео с выступлением автора работы (https://cloud.mail.ru/public/88Q3/4Li3YBk1S).
Значимость работы заключается в поиске основных факторов, которые влияют на получение идеальных кристаллов, в том числе моделирование невесомости. В ходе работы автор не только получил практические навыки программирования, 3D-проектирования и 3D-печати, но и начал полноценное научное исследование с собранным своими руками оборудованием, которое может быть продолжено
"Для работы использованы инструменты: компьютер, 3D-принтер, стекл. воронка, штатив, пинцет, ножницы, паяльник, ПО (CURA, SolidWorks, Genuino101). Для работы использованы расходные материалы: пластик для 3д печати: белый ABS, зеленый PLA; Arduino UNO, датчик температуры и влажности, реле, элемент Пельтье, радиатор, кулер, блок питания, алюминиевый скотч, термопаста, полиэтиленовая пленка, стекл. баночки (5), медный купорос, дист. вода, бумажн. фильтры, человеческий волос."
О проекте

Автор проекта

Целевая аудитория

школьники 8-11 класс студенты специалисты преподаватели

Специализации

Компьютерная графика 3D технологии Промышленный дизайн Радиоэлектроника Робототехника Программирование Конструирование Изобретательство Творческие работы

Области знаний

Математика и информатика Техника и инженерные науки Физика и астрономия Химия и нанотехнологии Микроэлектроника