I fili composti da filati filati da milioni di fasci di nanotubi di carbonio possono aiutare a rendere pratica la superconduttività. Le nanofibre che compongono il filo sono migliaia di volte più piccole di un capello umano.
(PhysOrg.com) -- Un team di ricercatori di UT Dallas, La Clemson University e la Yale University stanno usando la scienza su scala nanometrica per affrontare una delle sfide più elusive della fisica:la scoperta della superconduttività a temperatura ambiente. Con questo come obiettivo finale, il team sta lavorando per sviluppare fili superconduttori realizzati con nanotubi che trasportano correnti elevate alla temperatura dell'azoto liquido, o più alto.
Con una sovvenzione di ricerca di 3 milioni di dollari dall'Air Force Office of Scientific Research (AFOSR), il team ha intrapreso un progetto quinquennale per inventare nuovi fili superconduttori basati su nanomateriali altamente ingegnerizzati, ogni componente migliaia di volte più piccolo di un capello umano. Tali fili sarebbero utilizzati per applicazioni che vanno dai magneti per la risonanza magnetica alla sostituzione del rame che spreca energia nelle linee di trasmissione elettrica.
Mentre i fili di rame tradizionali sono altamente conduttivi, perdono potere per resistenza, che si traduce in spreco di energia. I materiali superconduttori trasmettono potenza senza resistenza, ma devono essere raffreddati a basse temperature.
"L'anno 2011 segna 100 anni da quando è stata scoperta la superconduttività, ” ha detto il dottor Anvar Zakhidov, uno dei ricercatori del progetto e direttore associato dell'Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute. "Ancora, il problema di trovare un superconduttore a temperatura ambiente non è stato risolto, e gli attuali superconduttori ad alta temperatura diventano non superconduttori quando le correnti sono moderate. Anche, i moderni materiali superconduttori ad alta temperatura sono troppo fragili, costoso e carente di proprietà elettroniche per applicazioni su larga scala. Speriamo di superare queste limitazioni fabbricando fili da nanotubi, utilizzando nanotubi di carbonio o altri nanotubi potenziati da atomi come il boro, azoto o zolfo”.
Secondo Zachidov, che è un professore di fisica, fino al 30% dell'energia elettrica può essere dispersa sotto forma di calore quando l'elettricità viaggia attraverso le linee elettriche. I materiali superconduttori promettono enormi risparmi ambientali ed energetici.
Sotto la guida di Zakhidov e del dottor Ray Baughman, direttore del NanoTech Institute, il team dell'istituto ha già sperimentato metodi per assemblare nanomateriali in filati.
“Realizzare fili e cavi superconduttori da nanofibre e nanoparticelle presenta sfide speciali che vanno oltre la scoperta di nuovi superconduttori, ” ha detto Baughman. "Per esempio, per ogni chilo di filo superconduttore, potrebbe essere necessario assemblare più di 3 miliardi di miglia di singoli nanotubi e l'obiettivo è raggiungere questo assemblaggio a tassi commercialmente utili. Per questo compito, stiamo inventando metodi radicalmente nuovi per realizzare fili superconduttori”.
Dott.ssa Lisa Pfefferle, professore di ingegneria chimica alla Yale University e membro del gruppo di ricerca, sta sperimentando nuovi tipi di nanofibre che sono state sintetizzate dal suo team utilizzando elementi come il boro.
Membro del team Dr. Apparao Rao, professore di fisica alla Clemson University, ha già prodotto nanotubi superconduttori mediante un processo chiamato ablazione laser pulsata. Il processo si traduce in nanotubi di carbonio "drogati" con boro che superconducono a temperature più elevate rispetto ad altri materiali a base di carbonio, ma ancora a temperature relativamente basse.
Dottor Myron Salamon, preside della Scuola di Scienze Naturali e Matematica, valuterà i nuovi superconduttori del team per testare la temperatura massima della superconduttività in funzione della corrente e della potenza trasmessa, che è un fattore cruciale per l'utilizzo di questi materiali nei sistemi di alimentazione.
"C'è sempre stata la sensazione di poter migliorare la superconduttività utilizzando materiali più leggeri, disse Salamon. “I cavi realizzati con nanotubi ultraleggeri possono consentire agli atomi di vibrare facilmente, che aiuta con la superconduttività. Ci sono buone prove che i materiali a base di carbonio, come i nanotubi di carbonio modificati con droganti, potrebbe essere un buon superconduttore".
Sono state assegnate cinque borse di ricerca per stimolare lo sviluppo di pratici superconduttori ad alta temperatura. Le sovvenzioni sono amministrate attraverso l'AFOSR dal Project Manager Dr. Harold Weinstock, che ha aiutato pioniere e sostenere molte altre importanti scoperte in fisica. Secondo Zachidov, altre università nella corsa collaborativa dei superconduttori includono l'Università di Houston, l'Università del Maryland, l'Università della California, San Diego e l'Università di Stanford.
Fornito da UT Dallas
