Forskare från Swansea University har rapporterat ett nytt tillvägagångssätt för att mäta ledningsförmågan mellan identiska kolnanorör som kan användas för att förbättra effektiviteten hos elkablar i framtiden.

Den nya forskningen publiceras i tidskriften American Chemical Society Nanobokstäver . Uppsatsen beskriver hur Swansea University forskarteam, baserad på Energy Safety Research Institute (ESRI) som arbetar med forskare från Rice University, gjort verkliga fysiska mätningar av kolnanorörs ledningsförmåga.

Kolnanorör är små molekyler med otroliga fysikaliska egenskaper. Dessa cylindriska molekyler är fyllda med hexagonala kolatomer som ser lite ut som kycklingnät insvept i ett grafenrör och används för att tillverka lättviktstråd. Dessa kan göras till stark och effektiv elkabel som har potential att ersätta befintliga metallkablar, som ofta överhettas och misslyckas — och kan förlora cirka 8 % av elen i överföring och distribution globalt.

Den nya studien är ett betydande steg framåt eftersom tidigare studier som undersöker konduktivitetsnivåer endast kunde använda teoretiska beräkningar i sina mätningar. En annan begränsning var att teoretiska studier tittade på nanorör som var lika i diameter – men i verkligheten varierar nanorörens diametrar och det är denna variation som gör teoretiska modeller omöjliga att bevisa och leder till verkliga praktiska problem när man mäter konduktivitet i kolnanorör.

ESRI direktör, Professor Andrew Barron, som också är professor vid Rice University, och hans forskargrupp märkte att om två kolnanorör med olika diameter lades över varandra var motståndet vid kontaktpunkten högre än om de var lika i diameter. Teamet ledde en stor spänning genom ett av de korsade kolnanorören som bröt det och de två halvorna svetsades till sonderna.

De två halvorna av det ursprungliga kolnanoröret kunde sedan hanteras på ett sådant sätt att varje mätning garanterade att diametern och typen var densamma – eftersom de två kolnanorören faktiskt var från samma kolnanorör. När detta väl upptäcktes, teamet började experimentellt reproducera mätningar som tidigare bara var teoretiska.

Teamet fann också att de genom sina praktiska experiment kunde bevisa några nyckelteorier:

• Att variera överlappningsvinkeln mellan de två halvorna av det ursprungliga kolnanoröret visar en variation i elektrisk ledningsförmåga.
• Att mäta konduktivitet mellan två parallella halvor av ett skuret kolnanorör leder till resultat som överensstämmer med det teoretiska konceptet för register i atomskala.

Professor Barron sa; "Det här är första gången som det har varit möjligt att göra experimentella mätningar för att bekräfta teoretiska modeller. Även om det är trevligt att bekräfta teori med ett riktigt experiment, vår metodik öppnar nu upp en myriad av möjligheter för mätningar som tidigare inte varit möjliga. Vi ser fram emot att utöka den grundläggande kunskapen om kolnanorör som kommer att hjälpa oss i produktionen av effektiva elektriska kablar och en myriad av andra teknologier i framtiden."