Nanocső kábelek szintugrása: olyan jó, mint a réz

Tündököl a nanotechnológia: a képen a Rice Egyetem egyik kutatója, Yao Zhao mutatja be egy eszköz segítségével, hogyan szállítja a szén nanocső kábel az elektromos áramot egy fluoreszkáló villanykörtébe. (Fotó: Rice Egyetem)

A világon először sikerült a kutatóknak olyan szén nanocső elektromos kábeleket létrehozniuk, amelyek a rézkábelekéhez hasonló áramvezetési tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezekkel az új nanocső kábelekkel nagyobb távolságokra lehet szállítani a megújuló energiát, könnyített kábelezéssel lehet ellátni a járműveket és repülőgépeket, illetve összeköttetéseket lehet létrehozni a takarékos számítógép chipekben.

A rézhez hasonló vezetőképességű, könnyített és hatékony szén nanocsövek létrehozása már az 1980-as években egy nanotechnológiai célkitűzés volt. Az önálló szén nanocsövek – üreges nanoméretű csövek tiszta szénből – mechanikailag erősek és a vezetőképességük is egy nagyságrenddel jobb a rézénél, de nagyobb méretű szerkezetben alkalmazva már nem rendelkeznek ezekkel az előnyös tulajdonságokkal.

Hosszú évek fáradtságos munkája kellett ahhoz, hogy a Rice Egyetem professzorai, Pulickel Ajayan és Enrique Barrera végre olyan szén nanocsövet tudjanak létrehozni, amely valóban vetekszik a rézkábellel. Sőt, a csapat nanocsövei olyan tulajdonságokkal is rendelkeznek, amelyek mindezidáig példa nélkül álltak. Mechanikailag erősek, mégis elég hajlékonyak ahhoz, hogy csomót lehessen rájuk kötni, vagy hosszú kábelkötegeket lehessen belőlük sodorni. Négyzetméterenként 100000 ampert bírnak, körülbelül annyit, amennyit a rézkábelek is, de súlyuk mégis csak egy hatoda. Áramsűrűség tekintetében is kenterbe verik a rézkábelt, ami nagyjából annyit jelent, hogy több elektromos áramot tudnak szállítani nagy távolságokra anélkül, hogy hő formájában energiát veszítenének – ami a jelenlegi elektromos hálózatok és számítógépes chipek egyik problémája. Ha mindez nem elég, akkor emellett azt se felejtsük el, hogy nem fémből, hanem szénből készülnek, tehát nem rozsdásodnak.

A szén nanocsövek vezetőképesség, hossz és rétegszám alapján többféleképpen változhatnak. A Rice csoport úgy találta, hogy a Tsinghua Egyetem (Peking) munkatársai által gyártott, relatíve hosszú, duplafalú nanocsövek működtek a legjobban. Az elektronok nagyon gyorsan mozognak az egyes nanocsövekben, de az áram lelassul, amikor az elektronoknak nanocsőről nanocsőre kell ugraniuk. Minél hosszabbak a nanocsövek, annál kevesebb ilyen ugrást kell az elektronoknak végrehajtaniuk adott kábelhosszon belül.

A nano kábelek gyártása egy köteg duplafalú, megtisztított nanocsővel kezdődik. A kutatók kénsavat adnak hozzá, így a nanocsövek egy vékony filmréteggé oszlanak szét. Ezután csipesszel fogják meg és egyenletes erővel kábellé húzzák szét, mintegy rostot formálva belőle – hasonlóan ahhoz, ahogy a gyapjúból húzás és csavarás hatására fonal lesz. Leöblítik a savat a kábelről és magas hőmérsékletű jód-gőzbe tartják. A jód behatol a nanocsőbe, a kábelen belülre, és megnöveli a kábel vezetőképességét anélkül, hogy az bármit is veszítene a mechanikai tulajdonságaiból. A Rice csoport azt is kimutatta, hogy a kábelek nagyobb hosszban való összecsomózása nem érinti a vezetőképességet.

Annak demonstrálására, hogy az ilyen módon elkészített kábelek képesek szabványos hálózati feszültséget vezetni, egy fluoreszkáló villanykörtét helyeztek fali aljzatba, majd napokig égve hagyták. A munka leírása a Nature Scientific Reports online hasábjain található meg.

Nano kábel: Ez a szén nanocsövekből készített kábel annyi elektromos áramot képes szállítani, mint a rézkábelek. (Fotó: Rice Egyetem)

„A cél az, hogy egy jól megtervezett terméket hozzunk létre” – mondtra Barrera. „Úgy gondoljuk, hogy amit csináltunk, azt folyamatos gyártási módszerekre is át lehet méretezni.” A csoport feltérképezte, hogy a technológia hogyan működne gyártósoron. Jelenleg is több céggel tárgyalják a kereskedelmi forgalomba hozás lehetőségeit, de egyelőre semmilyen megállapodást nem hoztak a nyilvánosságra.

Bár a kábelek már most is elég jók ahhoz, hogy komolyan el lehessen gondolkozni a kereskedelmi szintű alkalmazásokon. De Ajayan és csapata külön célul tűzte ki, hogy még a réznél is jobb vezetőképességű kábelt hozzanak létre. Az egyik módja ennek az lehet, hogy szimpla falú szén nanocsövekből készítenek kábelt, hiszen azok eredendően jobb vezetők, de ez idáig elég nehéznek bizonyult rostszálakat sodorni belőlük.

Forrás: www.technologyreview.com

Püski László