Fundacja InterSEC współpracuję w ramach realizacji projektu pt.:
Kompleksowa analiza zmiennoprądowych właściwości dielektrycznych nanocieczy jako zielonych energoefektywnych zamienników konwencjonalnych olejów transformatorowych.
z jednostaki organizacyjnymi Politechniki Lubelskiej: Katedrą Elektrotechniki i Technologii Nadprzewodnikowych, Katedra Elektrotechniki i Technologii Inteligentnych, Katedrą Informatyki a także z Dr. Daniilem Nikitinym z Charles University (Praga, Czechy).

Opis projektu:
Prace naukowo-badawcze w ramach projektu mają na celu określenie mechanizmu kształtowania właściwości dielektrycznych zielonych NC jako wysoce izolujących, biodegradowalnych i nietoksycznych zamienników konwencjonalnych dielektryków płynnych (transformatorowy olej mineralny) w transformatorach mocy oraz dystrybucyjnych. Liczne światowe eksperymenty wykazały, że wprowadzenie do cieczy bazowej (CB) jedynie niewielkiej ilości nanonapełniacza (NN) powoduje znaczący wzrost jego wytrzymałości dielektrycznej, co znacząco obniża prawdopodobieństwo przebicia oleju (między zwojami uzwojeń po stronie wyższego i niższego napięcia, w obrębie jednego zwoju, na drodze zwój-kadź, zwój-rdzeń) oraz wydłuża żywotność transformatora. Na przykład, dodanie 0,004% wag. Fe3O4 do naturalnego oleju estrowego zwiększa jego napięcie przebicia o ok. 33,5% [1]. Poza tym, NC wykazują dużo niższe straty dielektryczne niż konwencjonalne oleje, np. straty w NC CaCu3Ti4O12-syntetyczny ester (0,05% obj.) są trzykrotnie niższe niż w czystej CB [2]. Dodatkowo, estry naturalne (FR3 i oleje roślinne) i syntetyczne (Midel) przewyższają olej mineralny pod następującymi względami: kosztami produkcji, wydajności transformatorów, bezpieczeństwa przeciwpożarowego i korzyści dla środowiska [3], co wskazuje na konieczność szczegółowego poznania mechanizmów dielektrycznych w NC i opracowanie procedury ich wykorzystania w transformatorach elektroenergetycznych. Obecny stan wiedzy i postęp prac naukowo-badawczych nad zielonymi NC do zastosowań w transformatorach, a także doświadczenie badawcze zespołu projektowego w obszarach nauki o materiałach, metrologii i elektrotechniki, inżynierskich zastosowań informatyki pozwoliły na określenie głównej hipotezy badawczej projektu: Dogłębne zbadanie właściwości dielektrycznych nanocieczy zawierających jedno- i wielofazowe nanocząstki metaliczne oraz ich tlenki w objętości estrów naturalnych i syntetycznych, a także określenie wpływu czynników fizykochemicznych na nie, umożliwi opracowanie nowego modelu przewodnictwa zmiennoprądowego w nanocieciach oraz zaproponowanie metody wytwarzania zielonych, bezpiecznych nietoksycznych zamienników konwencjonalnych olejów transformatorowych. Elementem nowatorskim w projekcie będzie zaproponowanie i weryfikacja nowego modelu matematycznego przewodności zmiennoprądowej NC opierającego się nie tylko na rozmiarze i koncentracji NN, jak w zdecydowanej większości publikacji, a i również uwzględniającego wpływ temperatury, rozkładu cząstek oraz współczynnik ich stabilności.

Metodyka:
Jako CB w projekcie zostaną wykorzystane estry naturalne FR3, olej bawełniany, sojowy i palmowy, a także olej syntetyczny MIDEL i, jako ciecz bazowa referencyjna, mineralny olej transformatorowy. Jako NN zostaną wykorzystane metale Ag i Cu, oraz tlenki metali Fe3O4, TiO2, Al2O3 a także tlenek SiO2. Zawartość NN w CB będzie zawierać się w zakresie 0.001-0.5% wag. Rozmiary NCK będą mieścić się w zakresie 10-100 nm. NC będą zawierać zarówno pojedynczy rodzaj NN jak i mieszany (NC hybrydowe). Wszystkie NN zostaną zakupione komercyjnie. Weryfikacja składu chemicznego zakupionych NN, kształtu i rozmiarów NCK, zostanie przeprowadzona przy użyciu mikroskopii SEM/TEM, spektroskopii XPS i XRD. Rozmiary i stężenie NN w CB a także tendencja do tworzenia aglomeracji zostaną zbadane przy użyciu Zetasizer’a na podstawie pomiaru potencjału Zeta oraz spektrów UV-VIs. Wymieszanie NN w CB będzie odbywać się przy wykorzystaniu mieszadła ultradźwiękowego. Dla wymieszanych próbek NC zostaną przeprowadzone badania zmiennoprądowych parametrów elektrycznych takich jak impedancja, przesunięcie fazowe, współczynnik strat dielektrycznych, przenikalność i przewodność elektryczna. W tym celu zostanie zastosowana metoda impedancji spektroskopowej w zakresie częstotliwości 4 Hz-8 MHz. Próbki również zostaną poddane badaniom wytrzymałości dielektrycznej (określenie napięcia przebicia) z wykorzystaniem zaprojektowanego stanowiska w układzie elektrod ostrze-ostrze, ostrze-kula (lub grzyb), kula-kula. Badania dielektryczne zostaną również wykonane dla różnych temperatur w zakresie od 293 K do 373 K (temperatury pracy oleju transformatorowego może sięgać 363 K). Zostanie również zbadany wpływ parametrów mieszania ultradźwiękowego (czas, moc, częstotliwość) na właściwości dielektryczne NC. Modelowanie i symulacja procesów polaryzacji i relaksacji dielektrycznej będą oparte na modelach Debye’a, Cole’a-Cole’a, Cole’a-Davidson’a, Havryliak’a-Niegamiego [4], etc. Modelowanie i symulacja przewodności elektrycznej NC zostanie zrealizowana w oparciu o modele Maxwell’a, Cruz’a, Awin’a, Islam’a [5], etc. Określenie priorytetów parametrów wpływających na właściwości dielektryczne NC oraz statystyczna obróbka danych będą wspomagane sztuczną inteligencją.

Bibliografia:
[1] Hussain M.R., Khan Q. et. al., IEEE Access 8, 163316-163328 (2020).
[2] Thomas P., Hudedmani N.E. et. al., IEEE TDEI 26(1), 314-321 (2019).
[3] Koutras K.N., Tegopoulos S.N. et. al., Nanomaterials 12(2), 269 (2022).
[4] Boiko O., Drozdenko D. et. al., AIP Advances 12(2), 025306 (2022).
[5] Boiko O., Stryczewska H.D. et. al., Arch. Electr. Eng. 73(4), 1137-1160 (2024).

Efekty realizacji projektu:
[1] Dielectric Properties of Functional Nanofluids Based on Ni, Cu, and Ag Nanoparticles Deposited in Liquid Polymers / Oleksandr Boiko, Kateryna Biliak, Alexander Vahl, Daniil Nikitin // IEEE Transactions on Nanotechnology.- 2026, vol. 25, s. 99-106, https://ieeexplore.ieee.org/document/11448101
[2] Unveiling the Fundamental Principles of Reconfigurable Resistance States in Silver/Poly(Ethylene Glycol) Nanofluids / Daniil Nikitin, Kateryna Biliak, Mariia Protsak, Blessing Adejube, Suren Ali-Ogly, Kateřina Škorvanková, Veronika Červenková, Ronaldo Katuta, Marco Tosca, Jan Hanuš, Zulfiya Černochová, Peter Černoch, Petr Štěpánek, Oleksandr Boiko, Paulina Szymoniak, Andreas Schönhals, Franz Faupel, Hynek Biederman, Alexander Vahl, Andrei Choukourov // Advanced Science.- 2025, vol. 12, nr 35, s. 1-14, https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202505103
[3] Nanofluids containing magnetic nanoparticles: fabrication, electromagnetic properties, and applications in biomedicine and therapeutics, Oleksandr Boiko, Henryka Danuta Stryczewska, Grzegorz Komarzyniec. 29 Symposium on Electromagnetic Phenomena in Nonlinear Circuits (EPNC 2026), 16-19 czerwca, Tallinn, Estonia.
[4] Dielectric properties and potential industry applications of functional nanofluids containing liquid polymer matrices doped with Ni, Cu, and Ag nanoparticles, Oleksandr Boiko. IEEE NANO-2025, 13-16 lipca 2025, Waszyngton, Stany Zjednoczone Ameryki.

Zapraszamy do zapoznania się z innymi pojektami Fundacji.