Впервые продемонстрирован практичный метод создания длинных проводов из нанотрубок
Александр Березин — 27 июня 2013 года, 18:50


Чтобы вытеснить металлические провода, им пока что не хватает проводимости, а вот по всем остальным параметрам они существенно опережают как медные, так и алюминиевые изделия. Да и с проводимостью разработчики обещают существенные подвижки!
Исследователи из Кембриджского университета под руководством Кшиштофа Козёла (Krzysztof Koziol) впервые представили провода из углеродных нанотрубок, которые на практике способны реализовать давно подмеченные преимущества нанотрубок над обычной медью и прочим алюминием.

Прочность нанотрубок на разрыв значительно выше, чем у металлов, и уж тем более алюминия или меди. Однако до последнего времени уверенно контролировать параметры производимых в лабораториях нанотрубок было чрезвычайно трудно, и когда в проводах накапливались «неправильные» нанотрубки, прочность конечного изделия хромала. И вот теперь английским материаловедам удалось создать такой техпроцесс, который позволяет следить за качеством выращиваемых наноизделий и влиять на него.



Углеродные провода уже сегодня могут армировать традиционные медные и алюминиевые.(Здесь и ниже иллюстрации Krzysztof Koziol.)

Что мы ждём от проводов из такого материала? Сегодня крупный космический спутник весом в 15 тонн несёт примерно пять тонн медных проводов. Boeing 747 старается поспеть за космическим аппаратом: общая длина медной проводки на нём равна 216 км, а это свыше двух тонн веса. При перегреве этих проводов наступают проблемы с электроникой, критически важные как для самолётов, так и для спутников, нередко выходящих из строя. Наконец, тяжёлые металлические провода серьёзно поднимают стоимость опор ЛЭП.

Чтобы добиться контролируемого и высококачественного сырья для проводов нового типа, кембриджские учёные использовали химическое парофазное осаждение. В камеру, где идёт процесс, подаётся сырьё (метан), которое начинает разлагаться на компоненты. Образующийся при этом углерод оседает на заранее подготовленной «затравке» — частицах катализатора (железо). Добавляя серу или особые модификации углерода, разработчики смогли создать «облако» волокон из нанотрубок. На выходе из реактора это уже бесшовная нить, поступающая со скоростью примерно 20 метров в минуту:


Полученные нити скручиваются вместе в относительно толстый (по меркам нанотрубок) провод диаметром в 1 мм, имеющий необычайную прочность, при весе, вдесятеро меньшем, чем у медного изделия.

А теперь — внимание, ибо начинаются трудности особого рода: для соединения нанотрубочного провода с металлическими компонентами электротехнических систем нужна некая особая технология, ибо обычная низкотемпературная пайка, способная соединять металлические компоненты, здесь не годится. В общем, вместо привычного припоя на базе олова был разработан новый сплав, пригодный для пайки как углеродных проводов, так и последних с металлическими, имея на выходе «гибриды». Авторы сообщают, что их припой может использоваться и для графена.

Итоговые цифры откровенно впечатляют: в десять раз легче и в тридцать раз прочнее медного провода! Абсолютная устойчивость к коррозии (как ни смешно, медные провода в ряде сред активно корродируют) и, как заявляют исследователи, способность проводить ток, сравнимая медью! Увы, точные цифры в этом месте почему-то отсутствуют, хотя и говорится, что пока проводимость всё-таки уступает «нашему всему» (меди).

Что дальше? Отдельная нанотрубка уже сейчас обладает лучшей проводимостью, чем медный провод тех же размеров. Но вот её размеры... Она всего в миллиметр длиной, и на каждом нанотрубочном стыке проводимость только падает. Что называется, классическое узкое место. Бороться с проблемой англичане собираются с помощью других веществ, предназначенных для стыкового соединения, кроме того, они пытаются научиться производить нанотрубки существенно большей длины, что позволило бы сократить потери при передаче электричества. Отмечается, кстати, что проводимость углеродных проводов с их нагревом падает значительно меньше, чем у обычных металлических.



Однако уже сейчас, подчёркивают разработчики, нити из углеродных нанотрубок имеет смысл интегрировать в обычные провода воздушных ЛЭП. В предлагаемом ими гибридном решении углеродный провод может армировать кабель намного лучше стальной проволоки, часто применяемой для того же сейчас, — и это при меньшей массе.

Подготовлено по материалам Кембриджского университета.

compulenta.c...ie/10007593/