(Phys.org) — Su base libbra per libbra, le fibre a base di nanotubi di carbonio inventate alla Rice University hanno una maggiore capacità di trasportare corrente elettrica rispetto ai cavi di rame della stessa massa, secondo nuove ricerche.

Mentre i singoli nanotubi sono in grado di trasmettere quasi 1, 000 volte più corrente del rame, gli stessi tubi uniti in una fibra utilizzando altre tecnologie falliscono molto prima di raggiungere tale capacità.

Ma una serie di test alla Rice ha mostrato che la fibra di nanotubi di carbonio filata a umido batte ancora facilmente il rame, trasporta fino a quattro volte la corrente di un filo di rame della stessa massa.

Quella, hanno detto i ricercatori, rende i cavi basati su nanotubi una piattaforma ideale per la trasmissione di potenza leggera in sistemi in cui il peso è un fattore significativo, come le applicazioni aerospaziali.

L'analisi condotta dai professori Rice Junichiro Kono e Matteo Pasquali è apparsa online questa settimana sulla rivista Materiali funzionali avanzati . Solo un anno fa il diario Scienza ha riferito che il laboratorio di Pasquali, in collaborazione con scienziati dell'azienda olandese Teijin Aramid, ha creato una fibra conduttiva molto forte da nanotubi di carbonio.

I cavi di trasmissione attuali in rame o alluminio sono pesanti perché la loro bassa resistenza alla trazione richiede un rinforzo con anima in acciaio.

Gli scienziati che lavorano con materiali su nanoscala hanno pensato a lungo che ci fosse un modo migliore per spostare l'elettricità da qui a lì. Alcuni tipi di nanotubi di carbonio possono trasportare molta più elettricità del rame. Il cavo ideale sarebbe costituito da lunghi nanotubi metallici "a poltrona" che trasmetterebbero corrente su grandi distanze con perdite trascurabili, ma un cavo del genere non è fattibile perché non è ancora possibile fabbricare poltrone pure alla rinfusa, ha detto Pasquali.

Intanto, il laboratorio Pasquali ha creato un metodo per filare la fibra da un mix di tipi di nanotubi che supera ancora il rame. Il cavo sviluppato da Pasquali e Teijin Aramid è robusto e flessibile anche se largo 20 micron, è più sottile di un capello umano.

Pasquali si è rivolto a Kono e ai suoi colleghi, tra cui l'autore principale Xuan Wang, un ricercatore post-dottorato alla Rice, per quantificare le capacità della fibra.

Pasquali ha affermato che c'è stata una disconnessione tra gli ingegneri elettrici che studiano l'attuale capacità di carico dei conduttori e gli scienziati dei materiali che lavorano sui nanotubi di carbonio. "Ciò ha generato una certa confusione nella letteratura sui giusti confronti da fare, " ha detto. "Jun e Xuan hanno davvero capito come eseguire bene queste misurazioni e confrontare le mele con le mele".

I ricercatori hanno analizzato la "capacità di carico di corrente" (CCC) della fibra, o ampiezza, con un impianto personalizzato che ha permesso loro di testarlo insieme a cavi metallici dello stesso diametro. I cavi sono stati testati mentre erano sospesi all'aria aperta, nel vuoto e in ambienti di azoto o argon.

I cavi elettrici si surriscaldano a causa della resistenza. Quando il carico di corrente supera la capacità di sicurezza del cavo, si surriscaldano e si rompono. I ricercatori hanno scoperto che le fibre di nanotubi esposte all'azoto hanno funzionato meglio, seguito da argon e aria aperta, il tutto in grado di raffreddarsi per convezione. Le stesse fibre di nanotubi nel vuoto potevano raffreddarsi solo per irraggiamento e avevano il CCC più basso.

"Il risultato è che queste fibre hanno il CCC più alto mai riportato per qualsiasi fibra a base di carbonio, " disse Kono. "Il rame ha ancora una resistività migliore di un ordine di grandezza, ma abbiamo il vantaggio che la fibra di carbonio è leggera. Quindi se dividi il CCC per la massa, vinciamo."

Kono intende approfondire ed esplorare gli aspetti multifunzionali della fibra, comprese le applicazioni di dispositivi optoelettronici flessibili.

Pasquali ha suggerito che le fibre filiformi sono abbastanza leggere da fornire energia ai veicoli aerei. "Supponiamo di voler alimentare un veicolo aereo senza equipaggio da terra, " rifletté. "Potresti farlo come un aquilone, con l'energia fornita dalle nostre fibre. Vorrei che Ben Franklin fosse qui per vederlo!"