Углеродная вата: Вместо меди
Медь, обладающая высокой электропроводностью и хорошими механическими характеристиками, на протяжении многих лет успешно используется в различных электрических системах. Но с течением времени требования к таким системам неуклонно растут, и на первый план выходят недостатки медных проводов. В первую очередь это вес. Например, треть массы крупного 15-тонного спутника приходится на долю медной проводки. А в конструкции самолета Boeing 747 использовано свыше 200 км медных проводов общим весом более двух тонн. Кроме того, медь подвержена коррозии, чувствительна к вибрационной усталости и может стать причиной преждевременного выхода электроники из строя в случае перегрева.
В качестве альтернативы меди в некоторых случаях могут выступать углеродные нанотрубки. Их электрические свойства определяются хиральностью, контролировать которую в масштабах, обеспечивающих производство достаточно длинных и толстых проводов, достаточно сложно. Однако технологический процесс, разработанный исследователями из Кембриджского университета, позволяет решить эту проблему.
Для получения длинных углеродных нанотрубок, каждая из которых в десять раз тоньше человеческого волоса, используется химическое парофазное осаждение (CVD) с помощью установки, напоминающей аппарат для приготовления сахарной ваты. В отличие от более распространенной техники «выращивания» нанотрубок на подложке в присутствии катализатора, CVD позволяет получить достаточно длинные волокна, из которых впоследствии можно свить проводники, пригодные для использования в макромасштабных системах.
Такой метод позволяет регулировать диаметр нанотрубок и (косвенно) хиральность. Волокна с подходящими для использования в качестве проводников механическими и электрическими свойствами вырабатываются со скоростью около 20 м в минуту.
Чтобы решить проблему соединения углеродных проводников с другими элементами электрической системы, ученые разработали специальный сплав, способный заменить обычный припой на основе олова. Этот сплав также может быть использован при работе с графеном.
Проводники, изготовленные из углеродных нанотрубок, в 10 раз легче и в 30 раз прочнее, чем медные. Они устойчивы к коррозии и могут выдержать ток гораздо более высокой силы. При этом потери мощности при повышении температуры в углеродных проводниках значительно ниже, чем в традиционных медных проводах.
Основная проблема, которую предстоит решить ученым, — более низкая, чем у меди, проводимость жгутов из углеродных нанотрубок. Но исследователи надеются, что им удастся вывести углеродные проводники на конкурентоспособный уровень.
По пресс-релизу University of Cambridge