211service.com
Nanocauruļu kabeļi sasniedza pagrieziena punktu: tikpat labi kā varš
Pirmo reizi pētnieki ir izgatavojuši oglekļa nanocaurules elektriskos kabeļus, kas spēj pārvadāt tikpat daudz strāvas kā vara vadi. Šie nanocauruļu kabeļi varētu palīdzēt nogādāt vairāk atjaunojamās enerģijas tālāk elektriskajā tīklā, nodrošināt vieglu vadu transportlīdzekļiem un lidmašīnām, kas patērē efektīvāku degvielu, un izveidot savienojumus mazjaudas datoru mikroshēmās. Rīsu universitātes pētnieki tagad ir pierādījuši oglekļa nanocauruļu kabeļus praktiskā sistēmā un izstrādā ražošanas līniju komerciālai ražošanai.
Nanotehnoloģijas spīd: Rīsu universitātes pētnieks Jao Džao demonstrē uzstādījumu, kurā tiek izmantots oglekļa nanocaurules kabelis, lai novadītu standarta elektrisko strāvu uz dienasgaismas spuldzi.
Jau kopš 1980. gadiem nanotehnologu mērķis ir izveidot vieglas, efektīvas oglekļa nanocaurules elektroinstalācijas, kas būtu tikpat vadošas kā varš. Atsevišķas oglekļa nanocaurules — dobas nanomēroga tīra oglekļa caurules — ir mehāniski izturīgas un par kārtu vairāk vadošas nekā varš. Bet, ja vien oglekļa nanocaurules nav saliktas tieši tā, lielākām no tām izgatavotām konstrukcijām nav augstāko īpašību kā atsevišķām caurulēm.
Gadiem ilgi čalošanās laboratorijā, lai atrastu pareizās montāžas metodes un sastāvdaļas, ir devusi iespēju pētniekiem, kurus vada Rīsa materiālu zinātnes profesori. Pulikels Adžajans un Enrike Barera beidzot padarīt oglekļa nanocauruļu kabeļus tikpat labus kā vara kabeļus. Grupas nano kabeļi var lepoties ar līdz šim nepieredzētu īpašību kombināciju. Tie ir mehāniski izturīgi, tomēr pietiekami elastīgi, lai tos varētu samezglot vai ieaust garos stieples garumā. Tie pārvadā apmēram 100 000 ampēru strāvas uz vienu kvadrātcentimetru materiāla, apmēram tikpat daudz kā vara vadi, bet sver vienu sesto daļu. Tie ir labāki par varu, izmantojot metriku, ko sauc par strāvas blīvumu, kas nozīmē, ka tiem vajadzētu būt spējīgiem pārvadīt vairāk elektrības lielākos attālumos, nezaudējot enerģiju siltumam, kas ir mūsdienu elektrotīkla un datoru mikroshēmu problēma. Un, tā kā tie ir izgatavoti no oglekļa, nevis metāla, tie nerūsē.
Oglekļa nanocaurules atšķiras pēc to vadītspējas, garuma un slāņu skaita. Rīsu grupa atklāja, ka vislabāk darbojas salīdzinoši garas, dubultsienu nanocaurules, ko nodrošināja līdzstrādnieki no Tsinghua universitātes Pekinā. Elektroni ļoti ātri pārvietojas pa atsevišķām nanocaurulītēm, bet strāva palēninās, kad elektroniem jāpārlec no nanocaurules uz nanocauruli. Jo garākas ir nanocaurules, jo mazāk šādu lēcienu elektroniem ir jāveic noteiktā stieples garumā.
Nano kabeļu izgatavošanas process sākas ar dubultsienu nanocauruļu gabalu, kas ir apstrādāts, lai noņemtu piemaisījumus. Pētnieki pievieno sērskābi nanocaurulēm, lai tās varētu izplatīties plānā plēvē. Pēc tam viņi ar pinceti satver plēves malu, lai sāktu veidot šķiedru, un velk ar vienmērīgu spēku, lai iegūtu garu kabeli — līdzīgi tam, kā tiek izgatavota vilnas dzija, velkot un pagriežot vilnu. Viņi izskalo skābi no kabeļa un pakļauj to joda tvaikiem augstā temperatūrā. Jods iekļūst nanocaurulēs kabelī un palielina kabeļa vadītspēju, neapdraudot tā mehāniskās īpašības. Un Rice grupa ir parādījusi, ka vadītspēja netiek ietekmēta, ja kabeļi ir savienoti kopā, lai iegūtu lielākus garumus.
Lai pierādītu, ka šādi izgatavoti kabeļi var pārraidīt standarta līnijas spriegumu, viņi izmantoja vienu, lai savienotu dienasgaismas spuldzi ar sienas kontaktligzdu, un atstāja gaismu ieslēgtu vairākas dienas. Šis darbs ir aprakstīts tiešsaistes žurnālā Dabas zinātniskie ziņojumi .
Nano kabelis: Šis kabelis, kas izgatavots no oglekļa nanocaurulēm, var pārvadāt tikpat daudz elektriskās strāvas kā vara stieple.
Tas liecina par to, cik nobrieduši šie materiāli kļūst, ka tie spēj izmērīt vadītspēju, kas tagad pārsniedz parastos metālus, saka Maikls Strange , MIT ķīmijas inženierijas profesors, kurš nebija iesaistīts darbā. Pārspējot metālus, viņš saka, tas ir pagrieziena punkts.
Tas ir ļoti aizraujoši, jo īpaši ņemot vērā to, cik ļoti svarīgi ir samazināt [elektrisko] kabeļu svaru lidmašīnās un automašīnās, lai uzlabotu degvielas efektivitāti, saka. Rejs Bogmens , NanoTech institūta direktors un ķīmijas profesors Teksasas Universitātē Dalasā. Bogmens nebija iesaistīts darbā.
Aviācijas un kosmosa gigants Boeing ir viens no uzņēmumiem, kas atbalsta Rice grupu. Citi līdzstrādnieki un atbalstītāji ir Chevron, ASV Enerģētikas departaments un NanoRidge materiāli no Hjūstonas.
Mērķis ir izveidot inženierijas produktu, saka Rice's Barrera. Mēs uzskatām, ka tas, ko esam spējuši paveikt, ir pielāgojami nepārtrauktām ražošanas metodēm. Grupa ir plānojusi, kā tas tiktu darīts ražošanas līnijā, un pašlaik pēta komercializāciju ar dažādiem uzņēmumiem, lai gan viņi nav atklājuši nekādus darījumus.
Lai gan kabeļi tagad ir pietiekami labi, lai sāktu nopietni domāt par komerciāliem lietojumiem, Ajayan vēlas tos padarīt vēl labākus. Ajayan atzīmē, ka līdz šim viņi ir pārbaudījuši tikai dubultsienu kabeļu spēju pārvadāt maiņstrāvu. Elektroenerģija tiek pārraidīta lielos attālumos maiņstrāvas veidā. Atsevišķs mērķis, Ajayan saka, ir padarīt kabeļus vēl vadošākus par varu. Viens no veidiem, kā to izdarīt, ir izgatavot darbināmus kabeļus no vienas sienas oglekļa nanocaurulēm, kas pēc savas būtības ir vadošākas, bet ir grūti savērptas šķiedrās.