211service.com
Kable Nanotube osiągają kamień milowy: tak dobre jak miedź
Po raz pierwszy naukowcy stworzyli kable elektryczne z nanorurek węglowych, które mogą przenosić tyle samo prądu co przewody miedziane. Kable z nanorurek mogą pomóc przenieść więcej energii odnawialnej dalej w sieci elektrycznej, zapewnić lekkie okablowanie dla bardziej paliwooszczędnych pojazdów i samolotów oraz wykonać połączenia w chipach komputerowych o małej mocy. Naukowcy z Rice University zademonstrowali teraz kable z nanorurek węglowych w praktycznym systemie i projektują linię produkcyjną do produkcji komercyjnej.
Nanotech błyszczy: Yao Zhao, naukowiec z Rice University, demonstruje konfigurację, która wykorzystuje kabel z nanorurek węglowych do przewodzenia standardowego prądu elektrycznego do żarówki fluorescencyjnej.
Wykonanie lekkich, wydajnych przewodów z nanorurek węglowych tak przewodzących jak miedź jest celem nanotechnologów od lat 80. XX wieku. Poszczególne nanorurki węglowe – puste rurki z czystego węgla w nanoskali – są wytrzymałe mechanicznie i o rząd wielkości bardziej przewodzące niż miedź. Ale jeśli nanorurki węglowe nie zostaną w ten sposób połączone, większe struktury wykonane z nich nie będą miały doskonałych właściwości pojedynczych rurek.
Lata majsterkowania w laboratorium w celu znalezienia odpowiednich technik montażu i składników umożliwiły naukowcom kierowanym przez profesorów materiałoznawstwa ryżu Pulickel Ajayan oraz Enrique Barrera aby wreszcie uczynić kable z nanorurek węglowych tak samo dobrymi jak kable miedziane. Kable nano grupy mogą pochwalić się połączeniem właściwości, które do tej pory nie miały precedensu. Są wytrzymałe mechanicznie, a jednocześnie wystarczająco elastyczne, aby można je było wiązać lub splatać w długie odcinki drutu. Przenoszą około 100 000 amperów prądu na centymetr kwadratowy materiału, mniej więcej tyle samo, co przewody miedziane, ale ważą jedną szóstą tego. Przewyższają wydajność miedzi w metryce zwanej gęstością prądu, co oznacza, że powinny być w stanie przenosić więcej energii elektrycznej na większe odległości bez utraty energii na ciepło – problem dzisiejszej sieci elektrycznej i chipów komputerowych. A ponieważ są wykonane z węgla, a nie z metalu, nie korodują.
Nanorurki węglowe różnią się przewodnością, długością i liczbą warstw. Grupa Rice odkryła, że najlepiej sprawdzały się stosunkowo długie, dwuścienne nanorurki dostarczone przez współpracowników z Uniwersytetu Tsinghua w Pekinie. Elektrony przemieszczają się przez poszczególne nanorurki bardzo szybko, ale prąd zwalnia, gdy elektrony muszą przeskakiwać z nanorurki do nanorurki. Im dłuższe nanorurki, tym mniej takich skoków muszą wykonać elektrony na danym odcinku drutu.
Proces wytwarzania nanokabli zaczyna się od bryły dwuściennych nanorurek, które zostały poddane obróbce w celu usunięcia zanieczyszczeń. Naukowcy dodają kwas siarkowy do nanorurek, aby mogły je rozprowadzić w cienką warstwę. Następnie chwytają krawędź folii pęsetą, aby zacząć wytwarzać włókno, i ciągną ze stałą siłą, aby uzyskać długi kabel – podobnie do tego, jak wytwarza się przędzę wełnianą przez ciągnięcie i skręcanie runa. Spłukują kwas z kabla i wystawiają go na działanie pary jodu w wysokich temperaturach. Jod wnika do nanorurek w kablu i zwiększa jego przewodność bez pogarszania jego właściwości mechanicznych. A grupa Rice wykazała, że przewodność nie ulega zmianie, gdy kable są splecione razem, aby uzyskać większe długości.
Aby zademonstrować, że wykonane w ten sposób kable mogą przenosić standardowe napięcie sieciowe, wykorzystali je do podłączenia żarówki fluorescencyjnej do gniazdka ściennego i pozostawili światło włączone na wiele dni. Ta praca jest opisana online w czasopiśmie Raporty naukowe o przyrodzie .
Kabel nano: Ten kabel, wykonany z nanorurek węglowych, może przenosić tyle prądu elektrycznego, co drut miedziany.
Świadectwem tego, jak dojrzałe stają się te materiały, jest to, że są one w stanie mierzyć przewodnictwo, które obecnie przewyższa zwykłe metale, mówi Michał Dziwny , profesor inżynierii chemicznej na MIT, który nie był zaangażowany w prace. Prześciganie metali, mówi, stanowi kamień milowy.
To bardzo ekscytujące, zwłaszcza biorąc pod uwagę ogromne znaczenie zmniejszenia masy kabli [elektrycznych] w samolotach i samochodach w celu poprawy efektywności paliwowej, mówi Ray Baughman , dyrektor Instytutu NanoTech i profesor chemii na University of Texas w Dallas. Baughman nie był zaangażowany w pracę.
Gigant lotniczy Boeing jest jedną z firm wspierających grupę Rice. Inni współpracownicy i zwolennicy to między innymi Chevron, Departament Energii USA i Materiały NanoRidge z Houston.
Celem jest stworzenie produktu inżynieryjnego, mówi Rice's Barrera. Wierzymy, że to, co udało nam się zrobić, jest skalowalne do ciągłych metod produkcji. Grupa określiła, w jaki sposób można by to zrobić na linii produkcyjnej i obecnie bada komercjalizację z różnymi firmami, chociaż nie ujawniły żadnych umów.
Chociaż kable są teraz wystarczająco dobre, aby zacząć poważnie myśleć o zastosowaniach komercyjnych, Ajayan chce je jeszcze ulepszyć. Ajayan zauważa, że do tej pory testowali tylko zdolność kabli dwuściennych do przewodzenia prądu przemiennego. Energia elektryczna jest przesyłana na duże odległości w postaci prądu przemiennego. Odrębnym celem, mówi Ajayan, jest sprawienie, aby kable były jeszcze bardziej przewodzące niż miedź. Jednym ze sposobów, aby to zrobić, jest wykonanie sprawnych kabli z jednościennych nanorurek węglowych, które są z natury bardziej przewodzące, ale trudno było je skręcić we włókna.