قرص‌های وریستور محافظ تجهیزات برقی گران قیمت

یک گروه تحقیقاتی ایرانی در پژوهشگاه نیرو، توانست قرص وریستور نانوپودر اکسید روی را در مقیاس نیمه‌صنعتی تولید کند. خانم مهندس نسترن ریاحی نوری، دانشجوی دکتری دانشگاه تربیت مدرس (پژوهشگر پروژه)، آقای مهندس علی مهدی‌خانی، عضو پژوهشگاه نیرو (مجری پروژه) ، آقای مهندس بیرامی مدیر گروه مواد غیر فلزی پژوهشگاه، آقای دکتر رسول صراف مأموری (مشاور طرح) ، اعضای این گروه هستند. برای آشنایی با جزئیات این طرح با اعضای این گروه به گفتگو نشستیم که حاصل این گفتگو در ادامه‌امده‌است.

یک گروه تحقیقاتی ایرانی در پژوهشگاه نیرو، توانست قرص وریستور نانوپودر اکسید
روی را در مقیاس نیمه‌صنعتی تولید کند. خانم مهندس نسترن ریاحی نوری، دانشجوی
دکتری دانشگاه تربیت مدرس (پژوهشگر پروژه)، آقای مهندس علی مهدی‌خانی، عضو
پژوهشگاه نیرو (مجری پروژه) ، آقای مهندس بیرامی مدیر گروه مواد غیر فلزی
پژوهشگاه، آقای دکتر رسول صراف مأموری (مشاور طرح) ، اعضای این گروه هستند.
برای آشنایی با جزئیات این طرح با اعضای این گروه به گفتگو نشستیم که حاصل این
گفتگو در ادامه‌امده‌است.

پژوهشگاه نیرو تا چه‌اندازه بر فناوری‌نانو تمرکز دارد؟ آیا کاری که صورت گرفته
جزء اولویت‌های پژوهشگاه در زمینه نانو به شمار می‌رود؟

همان گونه که می‌دانید در اینجا (پژوهشگاه نیرو) تحقیقاتی انجام می‌گیرد که
مرتبط با صنعت برق است و علاوه‌بر این پژوهش‌ها، وظیفه آزمایشگاه‌های مرجع
کنترل کیفی محصولات تولیدی است. پروژه‌های انجام‌گرفته باید به احداث یک خط
تولید و در نهایت محصول منجر شود تا درصدی از سرمایه مصرفی از طریق تولید و
فروش محصول بازگردانده شود، در واقع این روندی است که تاکنون در بسیاری از
پروژه‌های پژوهشگاه انجام شده‌است؛ اما هم‌اکنون می‌توان گفت تنها پروژه‌ای که
گروه برق در زمینه نانو انجام داده‌است، همین پروژه تولید وریستورهای نانواکسید
روی است. این پروژه نقطه شروعی برای دو پروژه دیگر (در ارتباط با نانو) قلمداد
می‌شود؛ اما تنها پروژه مصوب اجرایی و عملیاتی پژوهشگاه، پروژه حاضر است. در
واقع پژوهشگاه بستر بسیار مناسبی برای گسترش فناوری‌نانو است و قطعاً بر تعداد
پروژه‌هایی با موضوع نانو افزوده می‌شود.
این پروژه در چه قالبی انجام شده‌است؟ آیا پروژه کارشناسی ارشد، دکتری و یا. .
. بوده‌است؟

متأسفانه اکثر پروژه‌های دانشگاهی کشور ما در حد پایان‌نامه باقی می‌مانند و
بین مراکز علمی و نیازهای صنعت ارتباط منطقی‌ای وجود ندارد؛ بنابراین در بیشتر
موارد خلأ یک رابطه برای تبدیل این پروژه‌ها به پروژه‌ای ملی احساس می‌شود.
قبل از تعریف این پروژه (در سال ۱۳۷۹) ساخت وریستورهای اکسید روی در مقیاس
میکرو در پژوهشگاه آغاز شده بود و گروهی پس از تحقیقات اولیه، قطعات میکرونی را
با کیفیت قابل قبولی ساخته بودند (در سال۱۳۸۴) . پس از ورود بحث نانو به کشور،
ایده ساخت وریستور‌های نانومقیاس در قالب یک پروژه دکتری (برای خانم ریاحی)
مطرح و تعریف شد.
لطفاً در مورد روش کار بگویید.
روش‌های مختلفی از جمله هم‌رسوبی، سل‌ـ ژل و احتراقی برای تولید نانوپودر Zno
وجود دارد که در این پژوهش برای اولین بار به‌منظور سنتز این نانوپودر از یک
روش ترکیبی به ‌نام «سل‌ـ ژل احتراقی» در پژوهشگاه استفاده گردید و برای اولین
بار از اسید سیتریک هم به‌عنوان سوخت مورد نیاز در این پروژه استفاده شده‌است.
با اعمال این تغییرات در روند تولید نانوپودر Zno، همزمان ترکیبی از نانوپودر
Zno و چند ماده دیگر تولید شد که این ترکیب برای ساخت قرص وریستور مناسبتر بوده
و نتایج بهتری می‌دهد.
اهدافتان از این پروژه چه بود؟ آیا برای وجود این قطعه، نیازی در کشور احساس می‌شد؟


بله، قرص‌های وریستور مصرف بسیار بالایی در کشور دارند. از این قرص‌ها به‌عنوان
محافظ تجهیزات برقی گران‌قیمت در مواقع نوسان زیاد (همانند صاعقه و. . .) در
نیروگاه‌ها استفاده می‌شود. هم‌اکنون کشور ما واردکننده قرص‌های وریستور است و
بر اساس همین نیاز، این پروژه تعریف گردید.
در ابتدا قرص‌های میکرونی وریستور تولید و نتیجه تست‌های انجام‌شده بر روی آن
کاملاً مثبت ارزیابی گردید، سپس با ورود بحث نانو به کشور توانستیم به کلاس‌های
بالاتر قرص دست پیدا کنیم. کار در ابعاد نانو، تعداد مراحل ساخت را کاهش داد و
کیفیت محصول هم بالاتر رفت و در نتیجه فرایند از لحاظ اقتصادی، مقرون‌به‌صرفه‌تر
شد.

روش و مراحل کار چگونه است؟
کار شامل دو قسمت است: مرحله اول سنتز نانوپودر و مرحله دوم تهیه قرص از
نانوپودر تولیدشده. روش تولید قرص با میکروپودر Zno بدین صورت است که پس از
مخلوط کردن پودر با نوعی چسب، آنها گرانوله شده، پس از آن پرس و زینتر می‌شوند.
برای عایق‌کاری کناره‌های قرص، باید قرص‌ها را لعاب داده، برای پخته‌‌‌شدن
لعابشان آنها را داخل کوره گذاشت و در نهایت برای اینکه قرص بتواند به‌خوبی
ولتاژ اعمالی را انتقال دهد، کل سطح، اسپری آلومینیوم می‌گردد؛ ولی اگر در تهیه
این قرص‌ها از نانوپودر استفاده شود، قسمت مربوط به اختلاط و همگن کردن حذف می‌شود؛
چون نانوپودر کاملاً همگن و آماده است. حذف این مراحل توجیه اقتصادی این روش به
شمار می‌رود.
مسئله دیگر، کیفیت به مراتب بهتر این قرص‌ها در مقایسه با قرص‌های میکرونی است،
همچنین مرحله زینتر کردن قرص‌های نانویی به دما و زمان پایین‌تری احتیاج دارد و
در نتیجه انرژی کمتری مصرف می‌شود.

متأسفانه اکثر پروژه‌های دانشگاهیِ کشور ما در حد پایان‌نامه باقی می‌مانند و
بین مراکز علمی و نیازهای صنعت ارتباط منطقی‌ای وجود ندارد؛ بنابراین در بیشتر
موارد خلأ یک رابطه برای تبدیل این پروژه‌ها به پروژه‌ای ملی احساس می‌شود
 کدام
صنعت به این کار نیاز دارد و در کل چه کاربردی دارد؟

این قرص‌ها، در پست‌های فشار قوی و متوسط برق قرار گرفته، از تجهیزات گران‌قیمت
داخل پست‌ها در مقابل ضربه‌هایی نظیر صاعقه محافظت می‌کند، همچنین از آنها در
کلیه مدارهایی که احتمال وجود اضافه ولتاژ وجود دارد، استفاده می‌شود. قطعه‌ای
که اکنون ساخته‌شده‌برای نصب در پست‌ها مناسب است.
در حین انجام پروژه با چه مشکلاتی مواجه شدید؟
خوشبختانه در حین انچام این پروژه، زمانی که به دستگا‌ه‌های آنالیز و. . . نیاز
بود دستگاه‌های موجود در کشور اگر چه محدود، سالم و قابل استفاده بودند؛ اما
اکنون تعداد دستگاه‌های قابل استفاده محدودتر شده‌است و این یکی از مشکلات جدی پژوهش در زمینه فناوری‌نانو است. مقدار بودجه‌ای که صرف این پروژه شد چقدر بوده
و از کجا تأمین شده‌است؟

تاکنون پژوهشگاه نیرو، حامی مالی این پروژه بوده‌است؛ ولی تخمین دقیق بودجه
مورد نیاز آن در مراحل پایانی امکان‌پذیر است.
نقاط ضعف و قدرت کار خود را بیان کنید.
از جمله نقاط قوت این کار می‌توان به همگنی ذرات پودر اشاره کرد که این امر به‌دلیل
کار کردن در ابعاد نانو است که منجر به تولید قطعه‌ای کاملاً یکنواخت و سبک‌تر،
و با خواص بهتر می‌شود، همچنین هم‌اکنون این محصول مشابه خارجی ندارد. نقطه ضعف
این کار در حقیقت نقطه قوتی برای آن محسوب می‌شود، با این توضیح که این قرص‌ها
در برخی از تست‌ها بیش از حد قوی هستند. در واقع، ولتاژ شکست مورد نظر دارای حد
خاصی است که این ولتاژ در مورد این قرص‌ها بیش از حد بالا رفته‌است. هم‌اکنون
تمرکز گروه بر روی تطبیق این خواص در مرزهای قابل قبول سیستم‌های داخل کشور است؛
البته ممکن است در آینده سیستم نیروگاه‌ها به گونه‌ای باشد که این خصوصیت مورد
قبول واقع شود، ولی همینک ناگزیریم محصولی را ارائه دهیم که در سیستم فعلی قابل
استفاده باشد.
آیا تلاشی برای تجاری‌سازی کارتان انجام داده‌اید؟
این کار در کوتاه‌مدت قابلیت تجاری‌‌‌شدن دارد و زمان آن مشروط به اتمام پروژه
و طی‌‌‌شدن روند اداری آن است؛ ولی برای تجاری‌‌‌شدن مشکلاتی همچون استاندارد
کردن خواص قطعه وجود دارد. البته گفتنی است که هیچ استاندارد مدوّنی برای
محصولات مبتنی بر فناوری‌نانو وجود ندارد و مشکلات کلی دیگری همانند وام و
اجرایی‌‌‌شدن و بازار که مربوط به بحث تجاری‌سازی می‌شود، نیز بعضاً وجود دارد.

آیا این کار قابلیت پتنت‌‌‌شدن را دارد؟ و آیا برای ثبت اختراع داخلی و خارجی
اقدامی نموده‌اید؟

این کار ۱۰۰ درصد قابلیت پتنت‌‌‌شدن را داراست و این کار یکی از اولویت‌های
آینده گروه نیز محسوب می‌شود که رایزنی‌هایی هم در این زمینه انجام شده‌است.
اکنون درصدد نهایی کردن مشخصات محصول هستیم تا به استاندارد نهایی برسیم.
اگر سرمایه‌گذاری به شما مراجعه کند، چه چیز قابل ارائه‌ای برای او دارید؟

پژوهشگاه، فهرستی از کل دانش‌های فنی را که پروژه آنها‌ بسته‌شده‌و به عبارتی
به نتیجه مطلوب رسیده‌اند در روزنامه‌های رسمی، دو تا سه بار چاپ کرده، به
اطلاع عموم می‌رساند (این رویه فقط مخصوص پروژه‌هایی است که با بودجه داخلی
پژوهشگاه انجام می‌گیرند) ، سپس علاقه‌مندان، تولیدکنندگان، فروشندگان و افراد
ذی‌ربط با مراجعه و دریافت اسناد مناقصه از واحد مورد نظر پیشنهاد خود را ارائه
می‌دهند و پس از بررسی، بهترین پیشنهاد انتخاب و دانش فنی آن به فروش می‌رسد؛
البته در تمام مراحل‌بعدی کار از تجهیز کارخانه تا تولید محصول نهایی و حتی
بازاریابی محصول، پژوهشگران حضور خواهند داشت. رویکرد ما یک رویکرد صرفاً
اقتصادی نیست، بلکه هدف این است که شاهد استفاده از این محصول جدید در کشور
باشیم.
روش‌های مختلفی از جمله هم‌رسوبی، سل‌ـ ژل و احتراقی برای تولید نانوپودر Zno
وجود دارد که در این پژوهش برای اولین بار به‌منظور سنتز این نانوپودر از یک
روش ترکیبی به ‌نام «سل‌ـ ژل احتراقی» در پژوهشگاه استفاده گردید و برای اولین
بار از اسید سیتریک هم به‌عنوان سوخت مورد نیاز در این پروژه استفاده شده‌است.
 به‌عنوان آخرین سؤال اگر در جهت پیشبرد اهدافتان انتظار مشخصی از ستاد
ویژه توسعه فناوری‌نانو دارید، بفرمایید.

ستاد می‌تواند با مشاوره دادن و تقبل بخشی از هزینه‌های مربوط، به پتنت‌‌‌شدن
محصولاتی که این قابلیت را دارند، کمک نماید، همچنین انتظار داریم که ستاد به
پروژه‌هایی که در سطح ملی انجام می‌گیرند، توجه ویژه‌ای داشته باشد.

در پایان از وقتی که در اختیار ما قرار دادید، کمال تشکر را داریم.