Tharangattu Narayanan, ricercatore post-dottorato alla Rice University, sinistra, e lo studente laureato Jaime Taha-Tijerina, autori principali di un nuovo documento ACS Nano sugli oli per trasformatori infusi con nanoparticelle, mostra che le fiale degli oli che dicono sono fino all'80% più efficienti nel mantenere freschi i trasformatori. (Credito Jeff Fitlow/Rice University)
Gli scienziati della Rice University hanno creato un olio nano-infuso che potrebbe migliorare notevolmente la capacità di dispositivi grandi come trasformatori elettrici e piccoli come componenti microelettronici di disperdere il calore in eccesso.
Ricerca nel laboratorio dello scienziato dei materiali di riso Pulickel Ajayan, che appare sulla rivista dell'American Chemical Society ACS Nano , potrebbe aumentare l'efficienza di tali oli per trasformatori fino all'80% in un modo che sia sia economico che rispettoso dell'ambiente.
Il team Rice guidato dagli autori principali Jaime Taha-Tijerina, uno studente laureato, e il ricercatore post-dottorato Tharangattu Narayanan hanno concentrato i loro sforzi sui trasformatori per i sistemi energetici. I trasformatori sono riempiti con oli minerali che raffreddano e isolano gli avvolgimenti interni, che devono rimanere separati l'uno dall'altro per evitare perdite di tensione o cortocircuiti.
I ricercatori hanno scoperto che una piccolissima quantità di particelle esagonali di nitruro di boro (h-BN), cugini bidimensionali del grafene a base di carbonio, sospesi negli oli per trasformatori standard sono altamente efficienti nel rimuovere il calore da un sistema.
"Non abbiamo bisogno di una grande quantità di h-BN, " ha detto Narayanan. "Abbiamo scoperto che lo 0,1 percentuale in peso di h-BN nell'olio del trasformatore lo migliora di quasi l'80 percento".
"E a 0,01 percentuale in peso, il miglioramento è stato di circa il 9%, " Ha detto Taha-Tijerina. "Anche con una quantità molto bassa di materiale, possiamo migliorare i fluidi senza compromettere le proprietà elettricamente isolanti."
Taha-Tijerina, che era impiegato da un produttore di trasformatori in Messico prima di venire a Rice, ha detto che altri che lavorano su composti simili stanno sperimentando particelle di allumina, ossido di rame e ossido di titanio, ma nessuno dei composti ha la combinazione di qualità esibita da h-BN.
Narayanan ha detto che le particelle h-BN, largo circa 600 nanometri e spesso fino a cinque strati atomici, disperdere bene nell'olio e, a differenza del grafene altamente conduttivo, sono altamente resistenti all'elettricità. Con l'aiuto del coautore Matteo Pasquali, un professore di ingegneria chimica e biomolecolare e di chimica della Rice, il team ha determinato che la viscosità dell'olio, un'altra qualità importante, è minimamente influenzata dalla presenza dei riempitivi di nanoparticelle.
"La nostra ricerca mostra che con nuovi materiali e approcci innovativi, possiamo aggiungere un enorme valore alle applicazioni che esistono oggi nell'industria, " ha detto Ajayan, Benjamin M. di Rice e Mary Greenwood Anderson Professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali e di chimica. "La gestione termica è un grosso problema nell'industria, ma è importante la giusta scelta dei materiali; per il raffreddamento del trasformatore, ci vogliono disperdenti negli oli che tolgono calore, ma rimangono elettricamente isolanti. Inoltre, la natura bidimensionale delle cariche le mantiene stabili negli oli senza depositarsi per lunghi periodi di tempo."
