Superwires - νανοτεχνολογία στη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας

Ειδικοί του Παν-Ρωσικού Ινστιτούτου Ερευνών Ανόργανων Υλικών που ονομάστηκε από τον Ακαδημαϊκό Α.Α. Η Bochvara ανέπτυξε την τεχνολογία για τη δημιουργία των τελευταίων σούπερ καλωδίων. Η ουσία της τεχνολογίας είναι η διαδοχική συναρμολόγηση των διμεταλλικών σύνθετων πρισμάτων με την επακόλουθη παραμόρφωση τους. Αυτό καθιστά δυνατή την ενσωμάτωση ινών νιόβιου ταινίας με πάχος μόνο 6-10 nm μέσα στη μήτρα συνηθισμένου σύρματος χαλκού.

Το αποτέλεσμα είναι ένα σύνθετο σύρμα με διατομή 2 με 3 mm, στο οποίο υπάρχουν μέχρι 400 εκατομμύρια από αυτές τις λεπτότερες ίνες νιοβίου. Το προκύπτον σύρμα χαρακτηρίζεται από ανώμαλη μηχανική αντοχή, σημαντικά μεγαλύτερη από 500 MPa, και ηλεκτρική αγωγιμότητα 65-85% της αγωγιμότητας καθαρού χαλκού, η οποία επιτυγχάνεται σε μικρή απόσταση μεταξύ των ινών, συγκρίσιμη με το μέσο μήκος διαδρομής των ηλεκτρονίων στη μήτρα χαλκού.

Τα υπερυψωμένα σύρματα θεωρούνται σύρματα με αντοχή σε εφελκυσμό άνω των 400-450 MPa, η ηλεκτρική αγωγιμότητα των οποίων κυμαίνεται από 40 έως 80% της τιμής αυτής της τιμής του αντίστοιχου καθαρού χαλκού. Το καλοκαίρι του 2012, μαζί με το RUSNANO, ξεκίνησε η λειτουργία του εργοστασίου Nanoelectro στη Ρωσία, στο πλαίσιο της βιομηχανικής δραστηριότητάς του άρχισε η παραγωγή τέτοιων νανοδομημένων καλωδίων εξαιρετικά υψηλής αντοχής με προγραμματισμένο όγκο μέχρι 50 τόνους ετησίως.

Ο προϋπολογισμός του έργου ανήλθε σε 1,02 δισ. Ρούβλια. Ορισμένες ξένες εταιρείες, συμπεριλαμβανομένων των ναυπηγικών επιχειρήσεων, έχουν το δικό τους συμφέρον να αποκτήσουν ρωσικά σούπερ-σύρματα, καθώς τα νέα προϊόντα υπερβαίνουν σημαντικά τα υπάρχοντα ανάλογα τους στην αγορά.

Σήμερα, τα superwires χρειάζονται κυρίως από τους επιστήμονες για να δημιουργήσουν υπερ-ισχυρούς ηλεκτρομαγνήτες. Οι εταίροι του έργου είναι: CERN, Ινστιτούτο Kurchatov, Εθνικό Εργαστήριο Υψηλών Μαγνητικών Πεδίων, Los Alamos, ΗΠΑ, ερευνητικό κέντρο Rossendorf, Δρέσδη, Γερμανία, ρωσικοί σιδηρόδρομοι, VNIIKP, ALPHISICA GmbH.

Τον Μάρτιο του 2012, στο εργαστήριο του Los Alamos τέθηκε ένα παγκόσμιο ρεκόρ, όπου ένας ηλεκτρομαγνήτης βασισμένος στα ρωσικά σούπερ καλώδια έδειξε μια επαγωγή 100 Tesla, η οποία είναι 2 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από το μαγνητικό πεδίο της Γης. Επιπλέον, βιομηχανίες όπως η ρομποτική, η μικροηλεκτρονική, η ναυπηγική βιομηχανία, η κατασκευή αεροσκαφών και άλλες σημαντικές βιομηχανίες υψηλής τεχνολογίας ενδιαφέρονται για τη χρήση υπερσύρματων καλωδίων.

Εάν συγκρίνετε το νέο σύνθετο υλικό με χαλκό, χαλκό, ορείχαλκο, τότε τα πλεονεκτήματα θα γίνουν εμφανή. Ο καθαρός χαλκός έχει εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα (κατώτερη από το ασήμι), αλλά η αντοχή εφελκυσμού του χαλκού είναι μόνο 220-270 MPa.

Η αγωγιμότητα του χαλκού είναι μόνο 17% της αγωγιμότητας του καθαρού χαλκού, αλλά η αντοχή σε εφελκυσμό των 400-970 MPa. Ο ορείχαλκος έχει αντοχή εφελκυσμού 380-880 MPa, αλλά η ηλεκτρική του αγωγιμότητα είναι 2 φορές χαμηλότερη από την ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού.

Όσον αφορά το νέο υλικό των υπεραγωγών, η αντοχή σε εφελκυσμό εδώ φθάνει τα 1200 MPa και η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι ελαφρώς κατώτερη από την ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού.

Έτσι οι υπεραγωγοί με υψηλά μηχανικά χαρακτηριστικά είναι απλά απαραίτητοι για τους μαγνητικούς παλμούς υψηλού πεδίου και τους επαγωγείς μαγνητο-παλμού, για αεροδιαστημική και διαστημική τεχνολογία, για τον στόλο και την αμυντική βιομηχανία, καθώς και για σύρματα επαφής για τρένα μεγάλης ταχύτητας.

Η δύναμη των συρμάτων είναι επίσης σημαντική μόνο στις κλιματολογικές μας συνθήκες, όπου το υγρό χιόνι και ο άνεμος squally συχνά οδηγούν σε διαλείμματα ηλεκτρικού ρεύματος, τα οποία είναι γεμάτα με συσκότιση σε οικισμούς και μακρά επισκευή. Με την πάροδο του χρόνου, τα νανοδομημένα καλώδια σχεδόν σίγουρα θα βοηθήσουν στην επίλυση αυτού του προβλήματος.

Δείτε επίσης:Νανο-γεννήτριες - Γενικές γεννήτριες ενέργειας