(Phys.org) – På ett pund-per-pund-basis, kolnanorörsbaserade fibrer som uppfanns vid Rice University har större kapacitet att bära elektrisk ström än kopparkablar med samma massa, enligt ny forskning.

Medan enskilda nanorör kan sända nästan 1, 000 gånger mer ström än koppar, samma rör som smälts samman till en fiber med hjälp av andra tekniker misslyckas långt innan de når den kapaciteten.

Men en serie tester på Rice visade att den våtspunnen kolnanorörsfibern fortfarande slog koppar, bär upp till fyra gånger så mycket ström som en koppartråd med samma massa.

Den där, sa forskarna, gör nanorörsbaserade kablar till en idealisk plattform för lätt kraftöverföring i system där vikten är en viktig faktor, som flygtillämpningar.

Analysen ledd av risprofessorerna Junichiro Kono och Matteo Pasquali dök upp online denna vecka i tidskriften Avancerade funktionella material . För bara ett år sedan tidningen Vetenskap rapporterade att Pasqualis labb, i samarbete med forskare vid det holländska företaget Teijin Aramid, skapat en mycket stark ledande fiber av kolnanorör.

Dagens transmissionskablar av koppar eller aluminium är tunga eftersom deras låga draghållfasthet kräver förstärkning av stålkärna.

Forskare som arbetar med material i nanoskala har länge trott att det finns ett bättre sätt att flytta el härifrån till dit. Vissa typer av kolnanorör kan bära mycket mer elektricitet än koppar. Den idealiska kabeln skulle vara gjord av långa metalliska "fåtöljs" nanorör som skulle överföra ström över stora avstånd med försumbar förlust, men en sådan kabel är inte genomförbar eftersom det ännu inte är möjligt att tillverka rena fåtöljer i bulk, sa Pasquali.

Sålänge, Pasquali-labbet har skapat en metod för att spinna fiber från en blandning av nanorörstyper som fortfarande överträffar koppar. Kabeln som utvecklats av Pasquali och Teijin Aramid är stark och flexibel även om den är 20 mikron bred, det är tunnare än ett människohår.

Pasquali vände sig till Kono och hans kollegor, inklusive huvudförfattaren Xuan Wang, en postdoktor vid Rice, att kvantifiera fiberns kapacitet.

Pasquali sa att det har skett en koppling mellan elingenjörer som studerar den nuvarande bärförmågan hos ledare och materialforskare som arbetar med kolnanorör. "Det har skapat viss förvirring i litteraturen över de rätta jämförelserna att göra, " sa han. "Jun och Xuan kom verkligen till botten med hur man gör dessa mätningar bra och jämför äpplen med äpplen."

Forskarna analyserade fiberns "nuvarande bärförmåga" (CCC), eller kapacitet, med en anpassad rigg som gjorde att de kunde testa den tillsammans med metallkablar med samma diameter. Kablarna testades medan de var upphängda i det fria, i vakuum och i kväve- eller argonmiljöer.

Elkablar värms upp på grund av motstånd. När strömbelastningen överstiger kabelns säkra kapacitet, de blir för varma och går sönder. Forskarna fann att nanorörsfibrer exponerade för kväve fungerade bäst, följt av argon och friluft, som alla kunde svalna genom konvektion. Samma nanorörsfibrer i vakuum kunde bara kylas av strålning och hade den lägsta CCC.

"Resultatet är att dessa fibrer har den högsta CCC som någonsin rapporterats för några kolbaserade fibrer, " Sa Kono. "Koppar har fortfarande bättre resistivitet med en storleksordning, men vi har fördelen att kolfiber är lätt. Så om du dividerar CCC med massan, vi vinner."

Kono planerar att ytterligare undersöka och utforska fiberns multifunktionella aspekter, inklusive flexibla applikationer för optoelektroniska enheter.

Pasquali föreslog att de trådliknande fibrerna är tillräckligt lätta för att leverera kraft till flygfordon. "Anta att du vill driva ett obemannat luftfartyg från marken, " funderade han. "Du kan göra det som en drake, med ström från våra fibrer. Jag önskar att Ben Franklin var här för att se det!"