211service.com
Nanotrubičkové kabely dosáhly milníku: Dobré jako měď
Vědci poprvé vyrobili elektrické kabely z uhlíkových nanotrubic, které mohou přenášet tolik proudu jako měděné dráty. Tyto nanotrubičkové kabely by mohly pomoci přenášet více obnovitelné energie dále v elektrické síti, poskytovat lehkou kabeláž pro vozidla a letadla s vyšší spotřebou paliva a vytvářet spojení v počítačových čipech s nízkou spotřebou. Vědci z Rice University nyní předvedli kabely uhlíkových nanotrubiček v praktickém systému a navrhují výrobní linku pro komerční výrobu.
Nanotechnologie září: Výzkumník z Rice University Yao Zhao demonstruje nastavení, které využívá kabel uhlíkových nanotrubiček k přenosu standardního elektrického proudu do fluorescenční žárovky.
Od 80. let 20. století bylo cílem nanotechnologů vytvořit lehké a účinné vedení uhlíkových nanotrubiček vodivé jako měď. Jednotlivé uhlíkové nanotrubice – duté nano trubice z čistého uhlíku – jsou mechanicky pevné a řádově vodivější než měď. Pokud však uhlíkové nanotrubice nejsou sestaveny tak, aby větší struktury z nich vyrobené, neměly vynikající vlastnosti jednotlivých trubek.
Roky kutilství v laboratoři za účelem nalezení správných montážních technik a přísad umožnily výzkumníkům vedeným profesory vědy o materiálech Rice Pulickel Ajayan a Enrique Barrera konečně vyrobit kabely z uhlíkových nanotrubiček stejně dobré jako měděné kabely. Nano kabely této skupiny se mohou pochlubit kombinací vlastností, které jsou dosud bezprecedentní. Jsou mechanicky pevné, ale dostatečně flexibilní, aby je bylo možné svázat nebo spletit do dlouhých drátů. Přenášejí asi 100 000 ampérů proudu na centimetr čtvereční materiálu, což je přibližně stejné množství jako měděné dráty, ale váží šestinu. Překonají měď v metrice zvané proudová hustota, což znamená, že by měly být schopny přenášet více elektřiny na delší vzdálenosti, aniž by ztrácely energii na teplo – problém dnešní elektrické sítě a počítačových čipů. A protože jsou vyrobeny z uhlíku, nikoli z kovu, nekorodují.
Uhlíkové nanotrubice se liší svou vodivostí, délkou a počtem vrstev. Skupina Rice zjistila, že to, co fungovalo nejlépe, byly relativně dlouhé dvoustěnné nanotrubice, které poskytli spolupracovníci z univerzity Tsinghua v Pekingu. Elektrony se pohybují jednotlivými nanotrubičkami velmi rychle, ale proud se zpomaluje, když elektrony musí přeskakovat z nanotrubice na nanotrubici. Čím delší jsou nanotrubice, tím méně takových skoků musí elektrony v dané délce drátu udělat.
Proces výroby nano kabelů začíná hroudou dvoustěnných nanotrubiček, které byly ošetřeny tak, aby byly odstraněny nečistoty. Vědci do nanotrubic přidávají kyselinu sírovou, aby je mohli rozprostřít do tenkého filmu. Poté uchopí okraj fólie pomocí pinzety, aby se začalo vyrábět vlákno, a tahem stálou silou vytvoří dlouhý kabel – podobně jako se vyrábí vlněná příze tahem a kroucením rouna. Oplachují kyselinu z kabelu a vystavují jej parám jódu při vysokých teplotách. Jód proniká do nanotrubiček v kabelu a zvyšuje vodivost kabelu, aniž by se narušily jeho mechanické vlastnosti. A skupina Rice ukázala, že vodivost není ovlivněna, když jsou kabely svázány dohromady, aby byly větší délky.
Aby demonstrovali, že takto vyrobené kabely mohou přenášet standardní síťové napětí, použili jeden k připojení fluorescenční žárovky do zásuvky a nechali světlo rozsvícené několik dní. Tato práce je popsána online v časopise Nature Scientific Reports .
Nano kabel: Tento kabel vyrobený z uhlíkových nanotrubiček může přenášet tolik elektrického proudu jako měděný drát.
Je důkazem toho, jak zralé se tyto materiály stávají, že jsou schopny měřit vodivosti, které nyní převyšují běžné kovy, říká Michael Strange , profesor chemického inženýrství na MIT, který se na práci nepodílel. Překonání kovů, říká, představuje milník.
To je velmi vzrušující, zvláště vezmeme-li v úvahu enormní význam snižování hmotnosti [elektrických] kabelů v letadlech a autech pro zlepšení palivové účinnosti, říká Ray Baughman , ředitel NanoTech Institute a profesor chemie na Texaské univerzitě v Dallasu. Baughman nebyl zapojen do práce.
Letecký gigant Boeing patří mezi společnosti podporující skupinu Rice. Mezi další spolupracovníky a podporovatele patří Chevron, Ministerstvo energetiky USA a Materiály NanoRidge z Houstonu.
Cílem je vytvořit technický produkt, říká Barrera z Rice. Věříme, že to, co jsme dokázali, je škálovatelné na kontinuální výrobní metody. Skupina zmapovala, jak by to bylo provedeno na výrobní lince, a v současné době zkoumá komercializaci s různými společnostmi, i když nezveřejnily žádné obchody.
I když jsou kabely nyní dost dobré na to, abyste začali vážně uvažovat o komerčních aplikacích, Ajayan je chce vylepšit. Ajayan poznamenává, že zatím testovali pouze schopnost dvoustěnných kabelů přenášet střídavý proud. Elektřina se přenáší na velké vzdálenosti ve formě střídavého proudu. Samostatným cílem, říká Ajayan, je udělat kabely ještě vodivější než měď. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je vyrobit funkční kabely z jednostěnných uhlíkových nanotrubiček, které jsou ze své podstaty více vodivé, ale bylo obtížné je spřádat do vláken.