Trådar som består av garn som spunnits från miljoner nanorörbuntar i kol kan hjälpa till att göra supraledning praktisk. Nanofibrerna som utgör tråden är var tusentals gånger mindre än ett människohår.
(PhysOrg.com) - Ett team av forskare från UT Dallas, Clemson University och Yale University använder vetenskap på nanoskala för att ta itu med en av de mest svårfångade utmaningarna inom fysiken - upptäckten av rumstemperatur supraledning. Med det som slutmålet, teamet arbetar med att utveckla supraledande trådar gjorda av nanorör som bär höga strömmar vid temperaturen av flytande kväve, eller högre.
Med ett forskningsbidrag på 3 miljoner dollar från Air Force Office of Scientific Research (AFOSR), teamet har inlett ett femårigt projekt för att uppfinna nya supraledande ledningar baserade på högkonstruerade nanomaterial, varje komponent tusentals gånger mindre än ett människohår. Sådana ledningar skulle användas för applikationer som sträcker sig från magneter för magnetisk resonansavbildning till utbyte av energisvinnande koppar i kraftöverföringsledningar.
Medan traditionella koppartrådar är mycket ledande, de tappar kraft genom motstånd, vilket leder till bortkastad energi. Superledande material överför kraft utan motstånd, men de måste kylas till låga temperaturer.
”År 2011 är 100 år sedan supraledning upptäcktes, Säger Dr Anvar Zakhidov, en av forskarna på projektet och en associerad direktör för Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute. "Fortfarande, problemet med att hitta en supraledare vid rumstemperatur har inte lösts, och nuvarande högtemperatur superledare blir icke-superledande när strömmar är måttliga. Också, moderna högledande superledande material är för spröda, dyrt och bristfälligt i elektroniska egenskaper för tillämpningar i stor skala. Vi hoppas kunna övervinna dessa begränsningar genom att tillverka trådar från nanorör, använder kolnanorör eller andra nanorör som förstärks av atomer som bor, kväve eller svavel. ”
Enligt Zakhidov, som är professor i fysik, så mycket som 30 procent av elektrisk energi kan gå förlorad som värme när elektricitet går genom kraftledningar. Superledande material lovar enorma miljö- och energibesparingar.
Under ledning av Zakhidov och Dr. Ray Baughman, chef för NanoTech Institute, teamet på institutet har redan varit banbrytande för metoder för att montera nanomaterial i garn.
”Att göra supraledande ledningar och kablar av nanofibrer och nanopartiklar innebär speciella utmaningar som går utöver upptäckten av nya superledare, ”Sa Baughman. "Till exempel, för varje kilo supraledande tråd, det kan vara nödvändigt att montera mer än 3 miljarder miles av enskilda nanorör - och målet är att uppnå denna montering till kommersiellt användbara priser. För denna uppgift, vi uppfinner radikalt nya metoder för att göra supraledande trådar. ”
Dr Lisa Pfefferle, professor i kemiteknik vid Yale University och medlem i forskargruppen, experimenterar med nya typer av nanofibrer som har syntetiserats av hennes team med hjälp av element som bor.
Teammedlem Dr Apparao Rao, professor i fysik vid Clemson University, har redan producerat supraledande nanorör med en process som kallas pulserad laserablation. Processen resulterar i att kolnanorör ”dopas” med bor som supraleder vid högre temperaturer än andra kolbaserade material - men fortfarande vid relativt låga temperaturer.
Dr Myron Salamon, dekanus vid Naturhögskolan och matematik, kommer att utvärdera lagets nya supraledare för att testa den maximala temperaturen för supraledning som en funktion av ström och överförd effekt, vilket är en avgörande faktor för att använda dessa material i kraftsystem.
"Det har alltid funnits en känsla av att vi kan förbättra supraledning genom att använda lättare material, ”Sa Salamon. "Ledningar gjorda av ultralätta nanorör kan låta atomer vibrera lätt, vilket hjälper till med supraledning. Det finns goda bevis på att kolbaserade material, som dopningsmodifierade kolnanorör, kan göra bra supraledare. ”
Fem forskningsbidrag beviljades för att stimulera utvecklingen av praktiska högtemperatur -superledare. Bidragen administreras genom AFOSR av projektledaren Dr Harold Weinstock, som har hjälpt till att pionjera och stödja många andra viktiga upptäckter inom fysiken. Enligt Zakhidov, andra universitet i det samarbetsvilliga superledarloppet inkluderar University of Houston, University of Maryland, University of California, San Diego och Stanford University.
Tillhandahålls av UT Dallas
