Gli scienziati della Rice University hanno raggiunto una svolta fondamentale nello sviluppo di un cavo che renderà possibile una rete elettrica efficiente del futuro.

Il filo quantico della poltrona (AQW) sarà un intreccio di nanotubi metallici in grado di trasportare elettricità con perdite trascurabili su lunghe distanze. Sarà un sostituto ideale per la rete nazionale basata sul rame, che perde elettricità a circa il 5 percento ogni 100 miglia di trasmissione, disse il chimico della Rice Andrew R. Barron, autore di un articolo sull'ultimo passo avanti pubblicato online dalla rivista dell'American Chemical Society Nano lettere.

Un primo ostacolo tecnico nello sviluppo di questo "cavo miracoloso, "Barrone ha detto è la produzione di enormi quantità di nanotubi di carbonio metallici a parete singola, poltroncine doppiate per la loro forma unica. Le poltrone sono le migliori per trasportare corrente, ma non può ancora essere fatto da solo. Crescono in lotti con altri tipi di nanotubi e devono essere separati, che è un processo difficile dato che un capello umano ha 50 anni, 000 volte più grande di un singolo nanotubo.

Il laboratorio di Barron ha dimostrato un modo per prendere piccoli lotti di singoli nanotubi e renderli notevolmente più lunghi. Idealmente, lunghi nanotubi a poltrona potrebbero essere tagliati, riseminati con catalizzatore e ricresciuti indefinitamente.

Il documento è stato scritto dallo studente laureato e primo autore Alvin Orbaek, studente universitario Andrew Owens e Barron, il professore di chimica Charles W. Duncan Jr.-Welch e professore di scienza dei materiali.

L'amplificazione dei nanotubi è stata vista come un passo fondamentale verso la produzione pratica di AQW dal compianto professore di Rice, pioniere delle nanotecnologie e premio Nobel Richard Smalley, che ha lavorato a stretto contatto con il chimico Barron e Rice James Tour, il T.T. e il W.F. Chao Chair in Chimica nonché professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali e di informatica, tracciare un percorso per il suo sviluppo.

Barron ha incaricato Orbaek del compito di seguirlo quando è entrato a far parte del laboratorio cinque anni fa. "Quando ho sentito parlare per la prima volta della Rice University, è stato a causa di Rick Smalley e dei nanotubi di carbonio, " disse Orbaek, un nativo dell'Irlanda. "Aveva una grande presenza globale per quanto riguarda le nanotecnologie, e questo mi è arrivato.

"Quindi sono stato felice di venire qui e scoprire che avrei lavorato sulla crescita dei nanotubi che era correlata al lavoro di Smalley".

Orbaek ha detto che non si è allontanato molto dalla direzione originale di Barron, che ha comportato il fissaggio chimico di un catalizzatore di ferro/cobalto alle estremità dei nanotubi e quindi la messa a punto della temperatura e dell'ambiente in cui potrebbe verificarsi l'amplificazione.

"Il mio gruppo, con Smalley e il gruppo di Tour, dimostrato di poterlo fare, ma nella prima dimostrazione, abbiamo solo un tubo da far crescere tra centinaia o migliaia, " disse Barron. Esperimenti successivi aumentarono la resa, ma la crescita del tubo era minima. In altri tentativi, il catalizzatore mangerebbe letteralmente - o "inciderebbe" - i nanotubi, Egli ha detto.

Il perfezionamento del processo ha richiesto anni, ma il vantaggio è chiaro perché fino al 90 percento dei nanotubi in un lotto ora può essere amplificato a lunghezze significative, disse Barrone. Gli ultimi esperimenti si sono concentrati su nanotubi di carbonio a parete singola di varie chiralità, ma i ricercatori ritengono che i risultati sarebbero ottimi, e probabilmente anche meglio, con un lotto di poltrone incontaminate.

La chiave era trovare il giusto equilibrio di temperature, pressioni, tempi di reazione e rapporti del catalizzatore per promuovere la crescita e ritardare l'incisione, disse Barrone. Mentre la crescita iniziale ha avuto luogo a 1, 000 gradi Celsius, i ricercatori hanno scoperto che la fase di amplificazione richiedeva l'abbassamento della temperatura di 200 gradi, oltre a regolare la chimica per massimizzare la resa.

"Quello a cui stiamo arrivando è quel punto debole in cui la maggior parte dei nanotubi cresce e nessuno di loro si incide, " disse Barrone.

Wade Adams, direttore del Richard E. Smalley Institute for Nanoscale Science and Technology di Rice e investigatore principale del progetto AQW, paragonato la tecnica alla preparazione del pane a lievitazione naturale. "Fai un piccolo lotto di metalli puri e poi lo amplifica enormemente per fare una grande quantità. Questo è un importante incremento nello sviluppo della scienza per fare AQW.

Adams ha notato che otto professori della Rice e dozzine dei loro studenti stanno lavorando su aspetti di AQW. "Sappiamo come trasformare i nanotubi in fibre, e anche le loro proprietà stanno migliorando rapidamente, " ha detto. "Tutto questo ora deve riunirsi in un grande programma per trasformare i cavi quantistici in un prodotto che trasporterà grandi quantità di elettricità in tutto il mondo".

Barron e il suo team stanno continuando a mettere a punto il loro processo e sperano che entro la fine dell'estate possano iniziare ad amplificare i nanotubi da poltrona con l'obiettivo di produrre grandi quantità di metalli puri. "Stiamo imparando sempre di più sui meccanismi con cui crescono i nanotubi, " disse Orbaek, che vede il gioco finale come lo sviluppo di un unico forno per coltivare nanotubi da zero, coprili con un nuovo catalizzatore, amplificarli e mettere fuori un flusso costante di fibra per i cavi.

"Quello che abbiamo fatto è un piccolo passo, " ha detto. "Ma verifica che, nel quadro generale, il filo quantico della poltrona è tecnicamente fattibile."

Orbaek si è detto entusiasta di svolgere un ruolo nel raggiungimento dell'amplificazione, che Smalley ha riconosciuto come necessario per il suo sogno di una rete energetica efficiente che catalizzasse soluzioni a molti dei problemi del mondo.

"Mi piacerebbe incontrarlo ora per dire, 'Hey, uomo, avevi ragione, '" Egli ha detto.