En beläggning av kolnanorör, sett genom en genomskinlig jacka, ersätter en flätad ytterledare av metall i en annars standard koaxial datakabel. Rice Universitys forskare designade kabeln för att spara vikt för flygtillämpningar. Kredit:Jeff Fitlow/Rice University
Vanliga koaxialkablar kan göras 50 procent lättare med en ny nanorörsbaserad yttre ledare utvecklad av forskare från Rice University.
Professor Matteo Pasqualis rislabb har utvecklat en beläggning som kan ersätta den tennbelagda kopparflätan som överför signalen och skyddar kabeln från elektromagnetiska störningar. Metallflätan är den tyngsta komponenten i moderna koaxialdatakablar.
Forskningen visas denna månad i tidskriften American Chemical Society ACS tillämpade material och gränssnitt .
Byt ut den yttre ledaren med Rice's flexibla, högpresterande beläggning skulle gynna flygplan och rymdfarkoster, där vikten och styrkan hos databärande kablar är viktiga faktorer för prestanda.
Risforskaren Francesca Mirri, huvudförfattare till tidningen, gjort tre versioner av den nya kabeln genom att variera kol-nanorörets tjocklek på beläggningen. Hon fann att den tjockaste, cirka 90 mikron - ungefär samma bredd som det genomsnittliga människohåret - uppfyllde militära standarder för avskärmning och var också den mest robusta; den hanterade 10, 000 böjcykler utan skadlig effekt på kabelns prestanda.
"Nuvarande koaxialkablar måste använda en tjock metallfläta för att uppfylla de mekaniska kraven och lämplig konduktans, " sa Mirri. "Vår kabel uppfyller militära standarder, men vi kan tillhandahålla styrkan och flexibiliteten utan bulk."
Att byta ut den flätade yttre ledaren i koaxialdatakablar med ett lager av ledande kolnanorör sparar betydande vikt, enligt Rice University forskare. Kredit:Pasquali Lab/Rice University
Koaxialkablar består av fyra element:en ledande kopparkärna, ett elektriskt isolerande polymerhölje, en yttre ledare och en polymermantel. Rislabbet ersatte endast den yttre ledaren genom att belägga mantlade kärnor med en lösning av kolnanorör i klorsulfonsyra.
Jämfört med tidigare försök att använda kolnanorör i kablar, denna metod ger en mer enhetlig ledare och har högre genomströmning, sa Pasquali. "Detta är ett av få fall där du kan ha din kaka och äta den, för, " sa han. "Vi fick bättre bearbetning och förbättrad prestanda."
Att ersätta den flätade metallledaren med nanorörsbeläggningen eliminerade 97 procent av komponentens massa, sa Mirri.
Rice University forskare Francesca Mirri håller en standard koaxial datakabel (botten) och en ny kabel med en yttre ledare av kolnanorör. Att ersätta den flätade ytterledaren av metall med en ledande nanorörsbeläggning gör kabeln 50 procent lättare, sa Mirri. Kredit:Jeff Fitlow/Rice University
Hon sa att labbet arbetar på en metod för att skala upp produktionen. Labbet bygger på sin erfarenhet av att producera högpresterande nanorörsbaserade fibrer.
"Det är en mycket liknande process, ", sa Mirri. "Vi behöver bara ersätta utgången av fiberextruderingsuppsättningen med en trådbeläggningsform. Dessa är processer med hög genomströmning som för närvarande används i polymerindustrin för att göra många kommersiella produkter. Flygvapnet verkar väldigt intresserad av denna teknik, och vi arbetar för närvarande på ett småföretagsinnovationsforskningsprojekt med Air Force Research Laboratory för att se hur långt vi kan ta det."
