Нанотехнологияға негізделген үнемді шам

Өркениеттің дамуымен энергияның барлық түрлеріне деген сұраныс жылдан-жылға артып келеді. Энергия ресурстарын тұтынудың артуына және жер бетіндегі қорлардың азаюына байланысты электр энергиясының тарифі үнемі өсуде. Тұрмыстық деңгейде энергия тиімділігін арттыру, энергияны үнемдеу тұтынушыға байланысты. Десек те, ғалымдар да осы мәселенің түйінін тарқатуға атсалысып келеді.

Мәселен, Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің ғалымдары үнемді шамның дайындалу технологиясын жаңғыртып, энергия үнемдегіш шамның жаңаша үлгісін ойлап тапты. Оның басты ерекшелігі – нанотехнология көмегімен люминесцентті шамның техникалық сипатын жақсартуында.

Үнемді шам ҚазҰУ жанындағы Ашық түрдегі ұлттық нанотехнологиялық зертханасында жасалған. Жоба жетекшісі, физика-математика ғылымдарының кандидаты, Қазақстан Республикасы Мемлекеттік сыйлығының лауреаты Мерлан Досболаевтың айтуынша, шамды жасап шығару технологиясында айтарлықтай өзгеріс жоқ. Ең бастысы – энергия ресурсын тиімді пайдалану.

– Біздің зертхана плазма физикасы мен техникасын зерттеумен айналысады. Плазманы әртүрлі жағдайда алуға болады. Ең қолайлы зертханалық плазма газдық разрядта алынады. Газдық разряд дегеніміз – газдық ортамен электр тоғының өтуі. Осы кездегі пайда болған газдық разряд плазмасы жарық береді. Біздің жұмыстың нәтижесі разрядтың жарық беру интенсивтілігін жоғарылатып, жаңа үлгідегі электр үнемдегіш шамдарын жасауда, – дейді жоба жетекшісі.

Ғалымдар зертханада газдық разряд плазмасының түрлі физикалық қасиеттерін зерттеу кезінде құрамына микро, нанобөлшектер енгізе отырып, олардың жарық беруі бірнеше есе артатынын байқайды. Бір сөзбен айтқанда, электр энергиясын тұтынуды өзгертпей-ақ газдық разрядтың жарық беру қасиеті артады.

– Зертханалық жағдайда бірдей энергия тұтыну кезінде құрамында нанобөлшектері бар газдық разряд плазмасының жарық интенсивтілігі екі есеге көбейді, – дейді М.Досболаев. – Тереңірек зерттей келе, нанотехнологияға сүйене отырып газдық разрядты шамдардың жаңа нұсқасын жасау туралы ой пайда болды. 2012-2013 жылдарда болған осы зерттеулердің нәтижесіне сүйене отырып Physics of Plasmas, CPP деген журналдарда ғылыми мақалалар жарияладық. Одан кейін елімізде осы жаңалығымызға патент алып, неге іске асырмасқа деп «Ғылым қорының» байқауына қатыстық. Бүгінгі таңда «Ғылым қорының» гранты арқылы осы жобаның өндірісімен айналысып жатырмыз. Қоғамда «Жарықдиодты шамдар тиімді, неге біз кейінге оралуымыз керек» деген сұрақтар туындап жатады. Түсіндіріп өтсем, жарықдиодты шамдардың тиімді жұмыс істеуі үшін қымбат технологиялар қажет. Қазір дүкен сөрелерінде тұрған мұндай шамдардың көбісі арзан материалдардан дайындалған. Ал шын сапалысы қымбат тұрады. Біздің шамдар одан әлдеқайда арзан.

Жоба жетекшісі бұл шамның тағы бір артықшылығын айтты. Университет мамандары дайындап шығарған шамдарда бұрынғыдай таза сынаптың орнына амальгамма қолданылады екен. «Амальгамма дегеніміз – азғана сынаптың басқа металдармен қосындысы. Осылайша газдық разрядтың құрамына еніп, жарық спектрін өзгертіп, оның интенсивтілігін арттырады» дейді ол.

Сынап демекші, бұл элементтің адам денсаулығына кері әсері барын білеміз. Қауіпсіздік тұрғысынан алғанда амальгамма өте тиімді шешім. Ғалымның сөзіне сенсек, бұрынғы шамдар сынып қалған жағдайда белгілі бір мөлшерде радиация туғызатын болған. ҚазҰУ-дың постдокторанты және институттың аға ғылыми қызметкері Сағи Оразбаев «бұрынғы газдық разрядты шамдарда таза сынап болса, біз жасап шығарған нано бөлшекті шамның құрамында сынаптың металдармен қоспасы бар» деп атап өтті.

– Сынапты мүлдем алып тастадық деп айта алмаймыз. Оны сынаптың металдармен қоспасы – амальгаммамен ауыстырдық. Болашақта мүлдем алып тастаудың жолдарын қарастырып жатырмыз, – дейді жас ғалым.

Оның айтуынша, ең алғаш бұл жоба 2011 жылы академик Тілекқабыл Рамазановтың басшылығымен өтетін ғылыми семинарда таныстырылған.

– Заттың төртінші күйі – плазма. Соның құрамына нанобөлшектерді енгізген кезде жарық интенсивтілігі бірнеше есеге артатынын байқадық. Осы туралы жоғары рейтингті шетелдік журналдарда мақалалар жарияладық. Шетелдік ғылыми қауымдастық өкілдері оған оң көзқарас танытты. Осыдан барып бұл құбылысты қалай пайдаға асырсақ деген ой туды. Мен зерттеп жүрген сала ілгері ғылым деп аталады. Плазманың ішінде тозаңды плазма деген бөлімі бар. Ол – ішінде микро, нано өлшемдегі монодисперсті бөлшектері бар буферлі (таза) плазма. Таза плазманың ішіне микро, нано бөлшектерді сырттан енгіземіз немесе белгілі бір жағдайларда ішінен өзі өсіп шығады. Плазманы инертті газдармен жағатын болсақ, онда таза плазма алуға болады. Егер осы инертті газдарға аздап қана реактивті газдар: метан, силан, ацетилен және т.с.с. қосатын болсақ, онда нанобөлшектер ішінен өсіп шығады. Осы кезде плазманың жарық интенсивтілігі бірнеше есеге артады, – дейді С.Оразбаев.

Ізденуші Францияның Орлеан политехникалық университетінде ғылыми тағылымдамадан өткен.

– Сол жерде жарық интенсивтілігін арттыру эффектісін толық зерттеуге және де нанобөлшектердің өлшемі бойынша жарықтың интенсивтілігі қалай өзгеретінін анықтауға мүмкіндік туды. Соңынан 2013-2014 жылдары патент алдық, сол уақыттарда ҚазҰУ-да студенттік бизнес инкубатор деген жақсы бағдарлама болатын, сол жобаның аясында газдық разрядты шамға осы эффектіні қолданып көрдік. Нәтижесінде жаңа жоғары интенсивтілікті нанобөлшекті газдық разрядты шамды жасап шықтық. Осы жобамыз университет бойын­ша бірінші орынға ие болды, сонымен қатар сол жылы Business Forum Almaty жобасында ең жақсы әлеуметтік жоба номинациясын жеңіп алды, – деп еске алды.

Қазіргі таңда электр үнемдегіш шамдар нарығында сұранысыңызға жауап беретін тауар түрі көп. Бірақ ғалым кез келген дүниені сапа тұрғысынан салыстыру қажеттігін айтады.

– Нарықта электр үнемдегіш шам ретінде люминесцентті шамдар (газ разрядты шамның бір түрі), жарықдиодты шамдар алдыңғы қатарда тұр. Елімізге әлі келе қоймаған соның тағы бір түрі – индукциялық шам да бар. Ол да газ разрядтық шамның негізінде жасалады. Мұны Америкада, Еуропаның кейбір елдерінде, Канадада көп пайдаланады. Өйткені тиімділігі өте жоғары, – дейді маман.

Бірақ қазір ашық экономика принципін ұстанып отырғандықтан, нарықта сапалы да, сапасыз да дүниелерді кездестіруге болады. Соның бірі жарықдиодты шамдарға қатысты. Қазіргі таңда қарапайым тұтынушы бағасына көп мән беріп, сапасыз, арзан тауарға басымдық беретіні рас. Бірақ Сағи мырзаның айтуынша, сапасыз жарықдиодты шамдар көзге зиянды сызықты спектрлер тудырады.

– Өйткені оның жарық интенсивтілігі сызықтық түрде беріледі. Көздің толқын ұзындығына жауап беретін белгілі бір қылтамырларын зақымдайды. Сондықтан түс ажырата алмайтын, қараңғы болса көрмейтін көз ауруларға ұшыратады. Мұны ғылыми түрде әлемдік қауымдастық дәлелдеген. Корея, Жапония елдері ең бірінші болып осы жарықдиодты шамдарды, қолдана бастаған. Негізінен, көз ауруларының түпкі себебі осы жарықтандыру жүйесінен болатыны белгілі. Адамның көзі табиғи жарыққа үйренген. Ал күн сәулесіне ең жақыны – баяғы қыл сымды лампалар. Бірақ ол энергияны көп шығындайды. Одан кейінгі табиғи жарыққа жақындауы – люминесцентті және индукциялық шамдар. Бастапқы кезде бұл шамның да көптеген кемшіліктері болды. Бірақ уақыт өте келе түрлі зерттеулер нәтижесінде олардың шешімін табуға мүмкіндік туды. Қазіргі таңда заманауи технология бойынша арнайы линзалар қою арқылы табиғи жарыққа жақын жарықдиодты шамдар жасалуда. Мәселен, сызықты спектрлі жарықты табиғи күн сәулесіне жақын қылу үшін әртүрлі фокустаушы линзалар, яғни қымбаттау технологиялар пайдаланылады. Сондықтан мұндай шамдар арзан болмайды. Осыған байланысты сапалы жарықдиодты шамдардың бағасы да қымбат, – дейді ол.

Баға туралы айтқанда өнімнің өзіндік құнына, өндірістік процестерге тоқталмай кете алмаймыз. Сағи мырза бізде әлі шамды жасауға қажетті шикізаттар – шыны, электрод секілді өнімдерді өндіру жолға қойылмағанын сөз етті. «Бізде интеллектуалды меншік болғанымен, өндіріске қажетті шикізаттардың көбі Ресей, Қытай секілді елдерден алуға тура келеді» дейді ол.

Әзірге жобаның алғашқы үш жылдығы сәтті аяқталған. Ашық түрдегі ұлттық нанотехнологиялық зертхана директоры Мұхит Мұратовтың айтуынша, алдағы уақытта өнімді сату мақсаты тұр.

– Мемлекеттік сатып алу конкурстарына да қатысу мүмкіндіктерін қарастырудамыз. Болашақта жылына 100 мың дана шам сатуды көздеп отырмыз. Қазіргі таңда университет, мектеп, колледж секілді оқу орындары және мемлекеттік мекемелерден сұраныс бар. Өйткені мұндай ұйымдардың көбінде газ разрядты люминесцентті шамдар қойылған. Оның орнына басқа шамды ауыстыру үлкен шығынды қажет етеді. Ал біздің үнемді газ разрядты шамды қою тұтынушылар үшін әлдеқайда тиімдірек. Қазіргі таңда университетіміздегі физикатехникалық факультеттің ғимаратында өзіміздің шамдарды орнатып қойдық, – дейді зертхана басшысы.

Алдағы уақытта оқу ордасының барлық қажеттілігіне ҚазҰУ ғалымдары ойлап тапқан үнемдегіш шамдарды пайдалану жоспарда бар. Осылайша жоба үш жылда өз-өзін ақтайтын деңгейге шығады деген сенімдеміз.

Кәмила ДҮЙСЕН