Un rivestimento di nanotubi di carbonio, visto attraverso una giacca trasparente, sostituisce un conduttore esterno in metallo intrecciato in un cavo dati coassiale altrimenti standard. Gli scienziati della Rice University hanno progettato il cavo per risparmiare peso per le applicazioni aerospaziali. Credito:Jeff Fitlow/Rice University
I cavi coassiali comuni potrebbero essere resi più leggeri del 50% con un nuovo conduttore esterno basato su nanotubi sviluppato dagli scienziati della Rice University.
Il Laboratorio Riso del professor Matteo Pasquali ha sviluppato un rivestimento che potrebbe sostituire la treccia di rame stagnato che trasmette il segnale e scherma il cavo dalle interferenze elettromagnetiche. La treccia metallica è il componente più pesante nei moderni cavi dati coassiali.
La ricerca appare questo mese sulla rivista dell'American Chemical Society Materiali e interfacce applicati ACS .
Sostituendo il conduttore esterno con il flessibile di Rice, il rivestimento ad alte prestazioni andrebbe a beneficio di aeroplani e veicoli spaziali, in cui il peso e la resistenza dei cavi per il trasporto dei dati sono fattori significativi delle prestazioni.
La ricercatrice sul riso Francesca Mirri, autore principale dell'articolo, ha realizzato tre versioni del nuovo cavo variando lo spessore del rivestimento in nanotubi di carbonio. Ha scoperto che il più spesso, circa 90 micron - circa la larghezza di un capello umano medio - soddisfaceva gli standard di schermatura di livello militare ed era anche il più robusto; ha gestito 10, 000 cicli di piegatura senza effetti negativi sulle prestazioni del cavo.
"I cavi coassiali attuali devono utilizzare una spessa treccia metallica per soddisfare i requisiti meccanici e la conduttanza appropriata, " ha detto Mirri. "Il nostro cavo soddisfa gli standard militari, ma siamo in grado di fornire la forza e la flessibilità senza l'ingombro".
La sostituzione del conduttore esterno intrecciato nei cavi dati coassiali con uno strato di nanotubi di carbonio conduttivo consente di risparmiare peso in modo significativo, secondo i ricercatori della Rice University. Credito:Pasquali Lab/Rice University
I cavi coassiali sono costituiti da quattro elementi:un nucleo in rame conduttivo, una guaina polimerica elettricamente isolante, un conduttore esterno e una guaina polimerica. Il laboratorio Rice ha sostituito solo il conduttore esterno rivestendo i nuclei inguainati con una soluzione di nanotubi di carbonio in acido clorosolfonico.
Rispetto ai precedenti tentativi di utilizzare i nanotubi di carbonio nei cavi, questo metodo produce un conduttore più uniforme e ha un rendimento maggiore, ha detto Pasquali. "Questo è uno dei pochi casi in cui puoi avere la tua torta e mangiarla, pure, " ha detto. "Abbiamo ottenuto una migliore elaborazione e prestazioni migliorate".
La sostituzione del conduttore metallico intrecciato con il rivestimento in nanotubi ha eliminato il 97 percento della massa del componente, ha detto Mirri.
La ricercatrice della Rice University Francesca Mirri tiene in mano un cavo dati coassiale standard (in basso) e un nuovo cavo con un conduttore esterno di nanotubi di carbonio. La sostituzione del conduttore esterno in metallo intrecciato con un rivestimento conduttivo in nanotubi rende il cavo più leggero del 50%, ha detto Mirri. Credito:Jeff Fitlow/Rice University
Ha detto che il laboratorio sta lavorando a un metodo per aumentare la produzione. Il laboratorio sta attingendo alla sua esperienza nella produzione di fibre a base di nanotubi ad alte prestazioni.
"È un processo molto simile, " ha detto Mirri. "Dobbiamo solo sostituire l'uscita dell'impianto di estrusione della fibra con una filiera di rivestimento del filo. Questi sono processi ad alta produttività attualmente utilizzati nell'industria dei polimeri per realizzare molti prodotti commerciali. L'Air Force sembra molto interessata a questa tecnologia, e stiamo attualmente lavorando a un progetto di ricerca sull'innovazione per piccole imprese con l'Air Force Research Laboratory per vedere fino a che punto possiamo spingerci".
