Les fils constitués de fils filés à partir de millions de faisceaux de nanotubes de carbone peuvent aider à rendre la supraconductivité pratique. Les nanofibres qui composent le fil sont chacune des milliers de fois plus petites qu'un cheveu humain.
(PhysOrg.com) -- Une équipe de chercheurs de l'UT Dallas, L'Université Clemson et l'Université Yale utilisent la science à l'échelle nanométrique pour relever l'un des défis les plus insaisissables de la physique - la découverte de la supraconductivité à température ambiante. Avec cela comme but ultime, l'équipe travaille au développement de fils supraconducteurs à base de nanotubes qui véhiculent des courants élevés à la température de l'azote liquide, ou plus.
Avec une subvention de recherche de 3 millions de dollars de l'Air Force Office of Scientific Research (AFOSR), l'équipe s'est lancée dans un projet de cinq ans pour inventer de nouveaux fils supraconducteurs à base de nanomatériaux de haute ingénierie, chaque composant des milliers de fois plus petit qu'un cheveu humain. De tels fils seraient utilisés pour des applications allant des aimants pour l'imagerie par résonance magnétique au remplacement du cuivre qui gaspille de l'énergie dans les lignes de transport d'électricité.
Alors que les fils de cuivre traditionnels sont hautement conducteurs, ils perdent leur puissance par résistance, ce qui se traduit par un gaspillage d'énergie. Les matériaux supraconducteurs transmettent la puissance sans résistance, mais ils doivent être refroidis à basse température.
« L'année 2011 marque le centenaire de la découverte de la supraconductivité, " a déclaré le Dr Anvar Zakhidov, l'un des chercheurs du projet et directeur associé du Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute. "Toujours, le problème de trouver un supraconducteur à température ambiante n'a pas été résolu, et les supraconducteurs à haute température actuels deviennent non supraconducteurs lorsque les courants sont modérés. Aussi, les matériaux supraconducteurs modernes à haute température sont trop fragiles, cher et déficient en propriétés électroniques pour une application à grande échelle. Nous espérons surmonter ces limitations en fabriquant des fils à partir de nanotubes, utilisant des nanotubes de carbone ou d'autres nanotubes renforcés par des atomes comme le bore, azote ou soufre.
Selon Zakhidov, qui est professeur de physique, jusqu'à 30 % de l'énergie électrique peut être perdue sous forme de chaleur lorsque l'électricité circule dans les lignes électriques. Les matériaux supraconducteurs promettent d'énormes économies d'environnement et d'énergie.
Sous la direction de Zakhidov et du Dr Ray Baughman, directeur de l'Institut NanoTech, l'équipe de l'institut a déjà mis au point des méthodes pour assembler des nanomatériaux en fils.
« La fabrication de fils et de câbles supraconducteurs à partir de nanofibres et de nanoparticules présente des défis particuliers qui vont au-delà de la découverte de nouveaux supraconducteurs, ", a déclaré Baughman. "Par exemple, pour chaque livre de fil supraconducteur, il peut être nécessaire d'assembler plus de 3 milliards de kilomètres de nanotubes individuels - et l'objectif est de réaliser cet assemblage à des taux commercialement utiles. Pour cette tâche, nous inventons des méthodes radicalement nouvelles pour fabriquer des fils supraconducteurs.
Dr Lisa Pfefferle, professeur de génie chimique à l'université de Yale et membre de l'équipe de recherche, expérimente de nouveaux types de nanofibres qui ont été synthétisés par son équipe en utilisant des éléments comme le bore.
Membre de l'équipe Dr. Apparao Rao, professeur de physique à l'Université de Clemson, a déjà produit des nanotubes supraconducteurs par un procédé appelé ablation laser pulsée. Le processus donne des nanotubes de carbone « dopés » avec du bore qui supraconducteurs à des températures plus élevées que les autres matériaux à base de carbone, mais toujours à des températures relativement basses.
Dr Myron Salamon, doyen de la Faculté des sciences naturelles et mathématiques, évaluera les nouveaux supraconducteurs de l'équipe pour tester la température maximale de la supraconductivité en fonction du courant et de la puissance transmis, qui est un facteur crucial pour l'utilisation de ces matériaux dans les systèmes électriques.
« Il y a toujours eu le sentiment que nous pouvions améliorer la supraconductivité en utilisant des matériaux plus légers, », a déclaré Salamon. "Les fils fabriqués à partir de nanotubes ultra-légers peuvent permettre aux atomes de vibrer facilement, ce qui aide à la supraconductivité. Il existe de bonnes preuves que les matériaux à base de carbone, comme les nanotubes de carbone modifiés par dopant, pourraient faire de bons supraconducteurs.
Cinq subventions de recherche ont été attribuées pour stimuler le développement de supraconducteurs pratiques à haute température. Les subventions sont administrées par l'AFOSR par le gestionnaire de projet, le Dr Harold Weinstock, qui a aidé à lancer et à soutenir de nombreuses autres découvertes importantes en physique. Selon Zakhidov, d'autres universités dans la course aux supraconducteurs collaboratifs incluent l'Université de Houston, l'Université du Maryland, l'Université de Californie, Université de San Diego et Stanford.
Fourni par UT Dallas
