Superwires - nanoteknik inom elkraftsindustrin

Specialister från All-Russian Research Institute of Organic Materials uppkallad efter akademiker A.A. Bochvara utvecklade tekniken för att skapa de senaste superkablarna. Kärnan i tekniken är den sekventiella sammansättningen av bimetalliska sammansatta billetter med deras efterföljande deformation. Detta gör det möjligt att införliva bandniobfibrer med en tjocklek av endast 6-10 nm i matrisen för en vanlig koppartråd.

Resultatet är en sammansatt tråd med ett tvärsnitt på 2 x 3 mm, i vilket upp till 400 miljoner av dessa finaste niobfibrer finns. Den resulterande tråden kännetecknas av en anomalt hög mekanisk hållfasthet, betydligt mer än 500 MPa, och en elektrisk konduktivitet på 65-85% av värdet på den elektriska ledningsförmågan hos ren koppar, vilket uppnås med ett litet avstånd mellan fibrerna, jämförbar med den genomsnittliga banlängden för elektronerna i kopparmatrisen.

Supertrådar anses vara ledningar med draghållfasthet som överstiger 400-450 MPa, vars elektriska ledningsförmåga är från 40 till 80% av värdet på detta värde för motsvarande ren koppar. Sommaren 2012, tillsammans med RUSNANO, lanserades Nanoelectro-anläggningen i Ryssland, som en del av sin industriella verksamhet, produktionen av sådana ultrahögstyrka nanostrukturerade ledningar med en planerad volym på upp till 50 ton per år inleddes.

Projektbudgeten uppgick till 1,02 miljarder rubel. Ett antal utländska företag, inklusive varvsföretag, har sitt eget intresse av att förvärva ryska-tillverkade supertrådar, eftersom de nya produkterna väsentligt överskrider sina befintliga analoger på marknaden.

Idag behövs superwires främst av forskare för att skapa superkraftiga elektromagneter. Projektpartner är: CERN, Kurchatov Institute, National Laboratory of High Magnetic Fields, Los Alamos, USA, Rossendorf Research Center, Dresden, Tyskland, Russian Railways, VNIIKP, ALPHISICA GmbH.

I mars 2012 var det i laboratoriet i Los Alamos som ett världsrekord sattes, där en elektromagnet baserad på ryska supertrådar visade en induktion på 100 Tesla, som är 2 miljoner gånger större än jordens magnetfält. Dessutom är sådana industrier som robotik, mikroelektronik, varvsindustrin, flygplanbyggnad och andra viktiga högteknologiska industrier intresserade av att använda superledningar.

Om du jämför det nya kompositmaterialet med koppar, brons, mässing, kommer fördelarna att bli uppenbara. Ren koppar har exceptionell elektrisk ledningsförmåga (sämre än silver), men kopparens draghållfasthet är bara 220-270 MPa.

Konduktiviteten för brons är endast 17% av konduktiviteten för ren koppar, men draghållfastheten på 400-970 MPa. Mässing har en draghållfasthet på 380-880 MPa, men dess elektriska konduktivitet är 2 gånger lägre än den elektriska konduktiviteten för koppar.

När det gäller det nya materialet i supraledare når draghållfastheten här 1200 MPa, och den elektriska konduktiviteten är bara något underlägsen än kopparnas elektriska konduktivitet.

Så superledare med höga mekaniska egenskaper är helt enkelt oundgängliga för impulsmagneter med hög fält och magneto-impulsinduktorer, för luftfart och rymdteknik, för marin- och försvarsindustrin samt kontaktledningar för höghastighetståg.

Trådens styrka är också viktig helt enkelt i våra klimatförhållanden, där våt snö och en slingrande vind ofta leder till kraftledningsavbrott, vilket är full av mörkläggningar i bosättningar och långa reparationsarbeten. Med tiden kommer nanostrukturerade kablar nästan säkert att hjälpa till att lösa detta problem.

Se även:Nanogeneratorer - universella energiproducenter