Nanoprzewody zastąpią miedziane kable

fot. Nature

Naukowcy z USA skonstruowali nanoprzewody elektryczne, które lżejsze i bardziej wydajne niż miedziane. Można je będzie zastosować w lotnictwie, motoryzacji i sprzęcie elektronicznym - poinformował portal Rice University.  

Mimo dobrych właściwości, skonstruowanie nanoprzewodów z wiązek nanorurek było do tej pory bardzo trudne - były drogie, łatwo ulegały przerwaniom a wspólny montaż powodował iż traciły swoje bardzo dobre właściwości i mogły być porównywalne jedynie ze średniej jakości przewodami miedzianymi. Przyczyną był fakt, że o ile elektrony poruszają się szybko w nanorurkach węglowych, o tyle przeskok z rurki do rurki powoduje ich znaczne zwolnienie, co pogarsza właściwości całego przewodu.

Skonstruowane przez zespół naukowców z Rice University pod kierownictwem prof. Pulickel Ajayana i Enrique Barrery nanoprzewody są bardzo odporne mechanicznie m.in. na zrywanie i na tyle elastyczne, że można je prowadzić jako integralne kable nawet kilkusetmetrowej długości.

Wytrzymują natężenie 100,000 A/ cm kw., co jest wartością porównywalną z najlepszymi przewodami miedzianymi, a zarazem ważą 1/6 tego co one. Posiadają większą gęstość, niż miedziane, co decyduje o przenoszeniu energii na wyższe dystanse bez jej utraty na ogrzewanie przewodu - problem, który trapi większość sieci elektrycznych i połączenia kablowe we wrażliwych na przegrzanie urządzeniach elektronicznych.

Nanoprzewody są lekkie, plastyczne, odporne i nadają się zwłaszcza do instalacji niskonapięciowych -stosowanych w samochodach czy urządzeniach komputerowych oraz elektronicznych i w przemyśle lotniczym.

Nowe przewody zostały skonstruowane wspólnie z naukowcami z Tsinghua University w Beijingu, w Chinach oraz naukowcami z Departamentu Energii USA, laboratorium NanoRidge Materials i inżynierami z firm Chevron i Boeing.

Użyto do tego celu nanorurek węglowych o podwójnych ściankach, które oczyszczano dla usunięcia wszelkich zanieczyszczeń. Później podziałano na nie kwasem siarkowym, co spowodowało iż zamieniły się w jednolitą cienką warstwę. Brzegi tej warstwy uchwycono szczypcami i zaczęto zwijać z niej włókno, w podobny sposób, w jaki zwija się przędzę w nić wełnianą. W czasie zwijania przemywano powstały nanoprzewód, aby usunąć resztki kwasu siarkowego, a później umieszczono komorze wysokich ciśnień, gdzie naparowano go jodyną, co spowodowało wzrost przewodnictwa bez utraty własności mechanicznych. Jak stwierdzono trakcie badań, zwiększenie długości nanoprzewodu nie powoduje obniżenia jego przewodnictwa.

Dla zademonstrowania możliwości nanoprzewodu, podłączono go do standardowej sieci energetycznej i żarówki energooszczędnej zawieszonej na ścianie, po czym zasilano ją w ten sposób przez kilka dni. Testy na tak używanym przewodzie nie wykazały żadnych różnic w stosunku do nanoprzewodów nie używanych.

Obecnie naukowcy pracują nad stworzeniem technologii produkcji masowej nowych przewodów oraz nad następną ich generacją - opartymi na nanorurkach węglowych nanoprzewodami o lepszym współczynniku przewodnictwa niż przewody miedziane. Na razie bowiem nanoprzewody ze względu na wyższą cenę, mogą być zastosowane tam, gdzie waga każdego kilograma wyposażenia jest istotna m.in. w przemyśle elektronicznym czy aerokosmicznym.

PAP - Nauka w Polsce