Журнал нано- та електронної фізики (Journal of nano- and electronic physics)
Permanent URI for this collectionhttps://devessuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/197
Browse
34 results
Search Results
Item Simulation and Analysis of Heat Dissipation in Compact Routers: Efficiency of Radiators and Case Perforations(Sumy State University, 2025) Maikut, S.O.; Toyabina, Ch.S.; Drozd, І.М.Проблема перегріву інформаційних пристроїв для забезпечення бездротового передавання інформації є актуальною у наш час, оскільки конкуренція серед дешевих роутерів не дає можливості додавати до конструкції дорогі системи охолодження по типу елементів Пельтьє, а встановлення вентиляторів може спричинити надмірний шум. У той же час, зростає потужність мініатюрних процесорів для забезпечення високої пропускної здатності. Це призводить до ситуації, коли при температурі навколишнього середовища 30-40 С температура процесора з прилеглими елементами стає вищою за 100 С, і може спричинити вихід з ладу приладу або плавлення корпусу. У даному дослідженні проведено фізико-топологічне моделювання одного з типових маршрутизаторів keenetic KN-1011 для випадку з горизонтальним розташуванням, отримано розподіли потоків повітря через корпус і температури по елементам пристрою для різних варіантів покращення системи охолодження – додавання радіатора різного розміру та додаткової перфорації на тильній стороні. Основні результати дослідження показали, що додавання радіаторів великого розміру та додаткових вентиляційних отворів може значно знизити температуру процесора. Зокрема, за використання радіаторів конструкцій К2 і К3 температура процесора знижувалася до 72 °C та 68 °C відповідно, що суттєво покращує тепловідведення порівняно з базовою конструкцією, де температура процесора досягала 112 °C. Це свідчить про ефективність запропонованих методів охолодження, які дозволяють підтримувати оптимальний температурний режим навіть при високих навантаженнях. Також у статті представлено порівняльний аналіз теплових режимів при різних варіантах охолодження. Окрім геометричних характеристик радіаторів, важливу роль відіграють додаткові вентиляційні отвори, які сприяють циркуляції повітря всередині корпусу. Використання великих радіаторів у поєднанні з перфорацією корпусу дозволило знизити температуру процесора більш ніж на 50 %, що суттєво покращує загальну продуктивність та надійність пристрою. .Item Simulation Study and Reliability Analysis of Low Actuation Voltage Cantilever Based RF MEMS Switch(Sumy State University, 2024) Huddar, S.A.; Sheeparmatti, B.G.; Patil, A.Y.; Iyer, N.C.; Kumar, R.; Mathad, S.N.Стаття присвячена вивченню матеріалів для розробки MEMS-перемикача з низькою напругою. Було змодельовано різні варіанти консольного MEMS-перемикача з різними довжиною, товщиною та матеріалом консольної балки. Моделювання дає розуміння відповідної конструкції кантилевера для досягнення низької робочої напруги перемикача MEMS. Було додатково змодельовано механічні властивості цих конструкцій консольної балки для низької робочої напруги шляхом обчислення еквівалентної електростатичної сили, яка є вхідними даними для механічного моделювання, виконаного за допомогою програмного забезпечення ANSYS. Електромеханічне моделювання показало подібні відхилення значень та підтвердило деякі аспекти конструкції консольної балки, особливо для вибору матеріалу, який може допомогти досягти низької напруги спрацьовування. Коли перемикач спрацьовує, відхилення для спрацьовування коливаються навколо 2/3 зазору в RF MEMS-перемикачі на основі консольного важеля зі стандартним відхиленням 0,3 мкм. Показано, що конструкція консольної балки має вирішальне значення для досягнення низької напруги спрацьовування. Відхилення консолі при напрузі спрацьовування залежить від використовуваного матеріалу та може становити приблизно 2/3 зазору та може бути трохи меншим для деяких матеріалів. Проведені порівняльні моделювання електростатичного та механічного моделювань для отримання інформації про структурну цілісність консольних балок для перемикача MEMS.Item A Computational Study on the Modelling of the Flow Field Plates of a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell(Sumy State University, 2024) Singh, S.; Giri, K.; Chaudhuri, A.У цьому дослідженні детально досліджується моделювання біполярних пластин, пластин поля потоку та пакетів паливних елементів прямого спиртового паливного елемента. Вирішальним компонентом паливного елемента є біполярні пластини, які подають паливо до анода та окислювач до катода, а також підтримують електричну провідність між елементами. З огляду на те, що пластини поля потоку відіграють важливу роль у розподілі газів-реагентів до реакційних центрів, моделювання пластин поля потоку виявилося досить складним через той факт, що пластини поля потоку мають бути міцними та провідними як термічно, так і електрично. Електрохімічні втрати також спостерігаються у випадках, які виникають через дифузію іонів водню та електронів, а також іноді через природний опір матеріалу. Ці втрати можна мінімізувати лише за допомогою тоншої електролітної мембрани та роботи паливного елемента при низьких температурах. Таким чином, це дослідження спрямоване на широке вивчення різних параметрів, включаючи електрохімічні та термічні параметри, шляхом обчислювального моделювання з використанням MATLAB і PYTHON, що відіграє ключову роль у впливі на потік реагентів і величину генерованого струму.Item Modeling and Simulation of Photovoltaic Panel Using Simulink and Proteus Simulation(Sumy State University, 2024) Fateh, M.; Djalal, M.; Ammar, M.У цьому дослідженні використовуються MATLAB/Simulink і Proteus для імітації сонячної фотоелектричної (PV) моделі Jarrett 60 W – 17,2 V. Наші цілі полягають у тому, щоб визначити нелінійні характеристики залежності струму від напруги (I-V) і потужності від напруги (P-V), а потім порівняти результати з даними виробника, використовуючи всі дані, отримані з Matlab/Simulink на Proteus Simulation. Proteus використав модель SPICE для фотоелектричної комірки, яка залежить від математичних рівнянь і пояснюється за допомогою еквівалентної схеми, яка включає джерело струму Iph, діод D, два резистори Rs і Rsh. Proteus використовується для моделювання фотоелектричного модуля/матриці за різних умов, таких як опромінення, температура, послідовний і шунтовий опори, а також ефекти затінення. Щоб досягти найбільшої вихідної потужності, необхідно розуміти розташування точки максимальної потужності (MPP). Використовуючи Arduino, застосовано алгоритм для визначення напруги Vmp і струму Imp фотоелектричних елементів. Стаття дуже корисна для опису основи та характеристик фотоелектричного модуля та масиву простими словами. Це дослідження також може бути застосовано як навчальна методологія для викладання фотоелектричних панелей на різних рівнях навчання, яка демонструє, як використовувати прототипування та програмне забезпечення для моделювання/симуляції за зниженою ціною (Proteus і Matlab/Simulink), щоб мати можливість приблизно досягти формування мети для учнів. Це особливо корисно для шкіл, які відчувають труднощі через брак матеріалів або ресурсів для їх придбання.Item Numerical Simulation and Performance Enhancement of CZTS Thin Film Solar Cells(Sumy State University, 2023) Zebach, M.; Hemmani, A.; Khachab, H.Розробка тонкоплівкових сонячних елементів дозволяє дослідникам оцінювати різні матеріали з метою підвищення ефективності перетворення елементів. Це особливо актуально для третього покоління сонячних фотоелектричних елементів, які включають шарові матеріали в нано- та мікрометровому масштабі, уникаючи нетоксичних і поширених у землі матеріалів із зниженими витратами на виробництво. В останні роки вчені зосередили свої дослідження на найдешевших і найстабільніших матеріалах, таких як кестерит, на основі таких елементів: мідь, цинк, олово і сірка (CZTS). Це один із найефективніших шарів поглинаючого матеріалу в тонкоплівкових сонячних елементах із прямою забороненою зоною (1,38-2,0 еВ) і високим коефіцієнтом поглинання (~ 104 см – 1). CZTS має величезний потенціал завдяки великій кількості землі, нетоксичності та низькій вартості виробництва порівняно з іншими тонкоплівковими матеріалами. Проте все ще існує кілька проблем щодо контролю вторинних фаз, композиційної однорідності, електронних дефектів і проблем нестабільності під час виготовлення, які обмежують ефективність сонячних елементів на основі CZTS і які ще потрібно подолати. У цій статті ми реалізуємо математичну модель гетеропереходу CdS-CZTS тонкоплівкового сонячного елемента. Отже, продуктивність сонячних елементів можна оцінити, змінюючи матеріал, параметри, співвідношення розмірів та інші змінні в елементах. По суті, ефективність перетворення наведена на рівні ƞ = 12,79 % результатів моделювання з використанням програмного забезпечення Matlab Simulink. Покращена ефективність перетворення, отримана завдяки нашому дослідженню моделювання, входить у діапазон експериментальних значень, досягнутих для цього типу дизайну тонкоплівкових сонячних елементів, як продемонстровано рекордно виміряною лабораторією ефективністю приблизно 12,6 % для подібної гетероперехідної клітини на основі звіту CZTS за редакцією Wei Wang та ін., тоді як теоретична максимальна ефективність перетворення для ідеальної сонячної батареї на основі CZTS оцінюється в 32,4 % відповідно до обмеження Шоклі Квейссера. Оскільки наше змодельоване значення ефективності наближається до виміряних експериментальних значень, але все ще значно нижче теоретичної межі, це свідчить про те, що подальше підвищення ефективності все ще може бути досягнуте шляхом оптимізації властивостей матеріалу та конструкції комірки.Item Simulation of Acoustic Characteristics in the Vector-Phase Field of the Horn at Low Frequencies(Sumy State University, 2023) Sokol, G.I.; Alkhymov, O.V.; Molnar, T.S.; Zagrevskyi, E.O.У сучасній акустиці широко застосовуються методи обчислювальної техніки. Вони використовуються для візуалізації структур хвильових полів, коли відомі геометрія кордонів і фізичні властивості області, де поширюються хвилі. При використанні цих методів зазвичай контролюється розташування випромінювачів і приймачів. В даний час відомі методи, засновані на використанні інформації, що реєструється тільки датчиками тиску, досягли межі. Для дослідження просторового розподілу основних характеристик звукового та інфразвукового полів раніше використовувалися методи векторнофазових характеристик. Але для вивчення структури акустичного поля в колонках скінченної довжини вони досі не використовувалися. У цьому і полягає актуальність обраної теми. У роботі наведено дослідження акустичних характеристик катеноїдного гучномовця на низьких частотах та векторнофазового поля гучномовця чисельними методами. Вирішуються наступні завдання: складання аналітичного огляду методів дослідження звукових полів; опис математичного апарату поширення хвилі в катеноїдному мундштуку; моделювання акустичних характеристик у векторно - фазовому полі гучномовця на низьких частотах в ANSYS. У гучномовцях нелінійні спотворення, пов'язані з неоднорідністю магнітного поля в розриві магнітопровода і порушенням закону Гука, не настільки значні. Визначальним моментом у розвитку теорії випромінювання хвиль гучномовцями стала публікація роботи Вебстера, в якій наведено хвильове рівняння. Хоча мембрана здійснює прості гармонійні коливання. Вирішено задачу посилення дії та направлення акустичного сигналу, при цьому обрано катеноідний рупор. Поширення хвилі більше не є синусоїдальним, а містить крім основних гармонік вищих порядків. Тобто виявляються нелінійні ефекти всередині динаміка. Раніше в конструкції звукогенераторів не передбачалися конструктивні елементи, що зменшують або повністю усувають нелінійні ефекти в гучномовці, що знижувало ефективність генерації звуку основного тону. Розглянуто рішення задачі моделювання процесу поширення другої гармоніки по рупору. Щоб розрахувати акустичні характеристики в порожнині катеноїдного гучномовця, необхідно в ANSYS CAD.Item Atomistic Simulation of Ti2C MXene Decoration with Ag Nanoparticles(Sumy State University, 2023) Кравченко, Ярослав Олегович; Кравченко, Ярослав Олегович; Kravchenko, Yaroslav Olehovych; Taran, A.; Швець, Уляна Станіславівна; Швец, Ульяна Станиславовна; Shvets, Uliana Stanislavivna; Kubakh, M.; Борисюк, Вадим Миколайович; Борисюк, Вадим Николаевич; Borysiuk, Vadym MykolaiovychПредставлено комп’ютерну модель, розроблену в рамках методів класичної молекулярної динаміки, для атомістичного моделювання осадження атомів срібла на поверхню двовимірного карбіду титану Ti2C (максену) та росту срібних наночастинок. В запропонованій моделі використовується гібридний міжатомний потенціал, де взаємодія між атомами металу та взаємодія метал-вуглець описується в рамках різних методів. Розроблена модель може бути використана для дослідження аналогічних систем, що складаються з атомів інших металів, а також двовимірних карбідів Ti(n + 1)Cn з n = 2 і 3. Проведені експерименти, що моделюють осадження атомів срібла на поверхню двовимірного карбіду титану Ti2C з трьома різними значеннями площі поверхні росту. Для дослідження особливостей формування наночастинок та процесів росту також розглянуто два випадки взаємодії між Ti2C та атомами срібла з міжатомними силами що відповідають утворенню хімічного зв’язку металевого типу та Ван дер Ваальсовими силами. Розглянуті випадки моделюють осадження на гідрофільну та гідрофобну поверхню відповідно. Показано що у випадку взаємодії підкладка-осаджені атоми гідрофільного типу на поверхні Ti2C максену утворюється тонка плівка срібла, в той час як для гідрофобної взаємодії спостерігається формування окремих наночастинок. Отримано модельний зразок системи зі сформованою наночастинкою срібла на поверхні двовимірного карбіду титану для якого були досліджені сили взаємодії між максеном і наночастинкою. Окрім стаціонарного випадку взаємодія підкладка – НЧ була розглянута також при зовнішньому навантаженні. В останньому випадку були розраховані ефективні сили тертя між наночастинкою та Ti2C при трьох різних значеннях прикладеної зовнішньої сили. Показано що поступальний рух наночастинки по поверхні максену спостерігається лише у випадку максимальної зовнішньої сили.Item Effects of Boron Diffusion on Titanium Silicide Formation(Sumy State University, 2023) Karboua, H.; Dahraoui, N.; Boulakroune, M.; Fortaki, T.Метод вторинно-іонної мас-спектрометрії (ВІМС) був використаний для дослідження дифузії бору в шарах силіциду титану за кількох умов відпалювання та температури. Експериментальні профілі були змодельовані за допомогою моделі, заснованої на відомих законах Фіка та ефекті, що супроводжує дифузію бору під час силіцидації, як сегрегація та кластеризація. Порівняння результатів моделювання з літературними даними в однакових умовах відпалювання вказують на хорошу відповідність із результатами інших авторів. Це пояснює, що дифузія бору в силіциді титану залежить від сегрегації, кластеризації та перевищує розчинність твердої речовини. Моделювання базується на чисельному методі кінцевих різниць.Item Simulation Study of CZTS/CZTSe Tandem Solar Cell by Using SCAPS-1D Software(Sumy State University, 2022) Ghalmi, L.; Bensmaine, S.; Elbar, M.; Chala, S.; Merzouk, H.Сонячний спектр може бути розділений тандемними сонячними елементами на кілька субелементів, які мають різні ширини забороненої зони і ефективніше перетворюють світло в електрику, ніж окремі елементи. У роботі моделювання фотоелектричних (PV) характеристик тандемного сонячного елементу CZTS/CZTSe на основі структур сульфіду міді-цинку-олова (CZTS) як верхнього елементу та селеніду міді-цинку-олова (CZTSe) як нижнього елементу було виконано за допомогою симулятора SCAPS-1D при освітленні AM1.5. Спочатку було виконано моделювання окремих сонячних елементів CZTS і CZTSe і отримано ефективність відповідно 14,37 % і 17,87 %, що добре узгоджується з наявними результатами. До подачі відфільтрованого спектру змодельовані PV параметри тандемного сонячного елементу CZTS/CZTSe мають ефективність перетворення (ƞ) 20,68 % і густину струму короткого замикання (Jsc) 20,205 мА/см2 для верхнього та нижнього елементів з довільною нормальною товщиною. Крім того, щоб досягти узгодження струму, як верхній, так і нижній елементи були досліджені при різній товщині тандемної конфігурації, коли товщини верхнього та нижнього елементів були відповідно в діапазонах 0,05-0,5 мкм і 0,1-1 мкм. Продуктивність тандемного сонячного елементу визначалася після подачі відфільтрованого спектру та узгодження струму. Значення Jsc тандемного сонячного елементу CZTS/CZTSe становить 20,33 мА/см2 для товщини 0,255 мкм верхнього, CZTS, елементу та товщини 0,8 мкм нижнього, CZTSe, елементу. Максимальний ƞ, рівний 22,98 %, досягається для конструкції тандемної структури з підвищенням напруги холостого ходу (Voc) на 1,48 В.Item Study of Mono- and Polycrystalline Silicon Solar Cells with Various Shapes for Photovoltaic Devices in 3D Format: Experiment and Simulation(Sumy State University, 2022) Gulomov, J.; Aliev, R.; Mirzaalimov, N.; Rashidov, B.; Alieva, J.При підвищенні температури ефективність сонячних елементів падає, тому проектування та побудова фотоелектричних пристроїв із системою охолодження із сонячних елементів замість сонячних панелей є одним із найважливіших завдань сьогодення. В даній науковій роботі були досліджені різні форми фотоелектричних пристроїв у форматі 3D, які можуть охолоджуватися шляхом обертання навколо власної осі. У цих пристроях використовуються переважно трикутні та прямокутні сонячні елементи, тому вплив форми поперечного перерізу на фотоелектричні параметри монокристалічних та полікристалічних кремнієвих сонячних елементів досліджено експериментально та за допомогою моделювання. Результати показали, що сонячні елементи на основі полікристалічного кремнію можна вирізати прямокутними та використовувати у виробництві фотоелектричних пристроїв у формі призми, а сонячні елементи на основі монокристалічного кремнію можна використовувати для трикутного вирізання та у виробництві фотоелектричних пристроїв пірамідальної форми. На основі цих результатів експериментально досліджено фотоелектричний пристрій у формі шестикутної призми із прямокутного сонячного елементу на основі полікристалічного кремнію. Температура поверхні пристрою становила 50 °C без обертання, а напруга холостого ходу складала 13,12 В. У діапазоні швидкості обертання 0-6 рад/с напруга холостого ходу пристрою різко зросла на 0,36 В, а температура поверхні знизилася на 9,4 °C.