Superjohdot - nanoteknologia sähköteollisuudessa

Akateemisen A.A. -nimisen, Venäjän epäorgaanisten materiaalien tutkimuslaitoksen asiantuntijat Bochvara kehitti tekniikan uusimpien superjohtojen luomiseksi. Teknologian ydin on bimetallikomposiittiraaka-aineiden peräkkäinen kokoaminen niiden myöhempien muodonmuutosten kanssa. Tämä mahdollistaa vain 6-10 nm: n paksuisten nauhaniobiumkuitujen sisällyttämisen tavallisen kuparilangan matriisiin.

Tuloksena on komposiittilanka, jonka poikkileikkaus on 2 x 3 mm, ja siinä on jopa 400 miljoonaa näistä hienoimmista niobiumkuiduista. Tuloksena olevalle johdolle on ominaista poikkeavasti korkea mekaaninen lujuus, huomattavasti yli 500 MPa ja sähkönjohtavuus 65 - 85% puhtaan kuparin johtavuudesta, mikä saavutetaan pienellä etäisyydellä kuitujen välillä, verrattavissa kuparimatriisin elektronien keskimääräiseen reittipituuteen.

Superjohtimina pidetään johtimia, joiden vetolujuus ylittää 400-450 MPa, joiden sähkönjohtavuus on 40 - 80% vastaavan puhtaan kuparin tämän arvon arvosta. Nanoelektron tuotantolaitos käynnistettiin kesällä 2012 yhdessä RUSNANON kanssa Venäjällä, osana teollista toimintaa, tällaisten erittäin lujien nanorakenteisten johtimien, joiden suunniteltu tilavuus on enintään 50 tonnia vuodessa, tuotanto aloitettiin.

Hankkeen budjetti oli 1,02 miljardia ruplaa. Useilla ulkomaisilla yrityksillä, mukaan lukien laivanrakennusalan yritykset, on omat intressit hankkia venäläisten valmistamia superjohtoja, koska uudet tuotteet ylittävät huomattavasti niiden nykyiset analogit markkinoilla.

Nykyään superjohdot tarvitaan ensisijaisesti tutkijoiden toimesta erittäin voimakkaiden sähkömagneettien luomiseksi. Projektikumppanit ovat: CERN, Kurchatov-instituutti, Magneettisten kenttien kansallinen laboratorio, Los Alamos, USA, Rossendorfin tutkimuskeskus, Dresden, Saksa, Venäjän rautatiet, VNIIKP, ALPHISICA GmbH.

Maaliskuussa 2012 Los Alamosin laboratoriossa asetettiin maailmanennätys, jossa venäläisiin superjohtoihin perustuva sähkömagneetti osoitti 100 Teslan induktiota, joka on 2 miljoonaa kertaa suurempi kuin maan magneettikenttä. Lisäksi superjohtojen käytöstä kiinnostavat sellaiset teollisuudenalat kuin robotiikka, mikroelektroniikka, laivanrakennus, lentokoneiden rakentaminen ja muut tärkeät korkean teknologian teollisuudenalat.

Jos vertaa uutta komposiittimateriaalia kupariin, pronssiin, messinkiin, edut ilmestyvät. Puhtaalla kuparilla on poikkeuksellinen sähkönjohtavuus (alempi kuin hopea), mutta kuparin vetolujuus on vain 220 - 270 MPa.

Pronssin johtavuus on vain 17% puhtaan kuparin johtavuudesta, mutta vetolujuus on 400-970 MPa. Messinkin vetolujuus on 380-880 MPa, mutta sen sähkönjohtavuus on 2 kertaa pienempi kuin kuparin sähkönjohtavuus.

Mitä tulee uuteen suprajohteiden materiaaliin, vetolujuus tässä saavuttaa 1200 MPa, ja sähkönjohtavuus on vain hiukan huonompi kuin kuparin sähkönjohtavuus.

Joten suurilla mekaanisilla ominaisuuksilla varustetut suprajohteet ovat yksinkertaisesti välttämättömiä korkean kentän impulssimagneeteille ja magneto-impulssin induktoreille, ilmailu- ja avaruusteknologialle, merivoimille ja puolustusteollisuudelle, samoin kuin nopeiden junien kosketinlangat.

Johtimien lujuus on tärkeä myös yksinkertaisesti ilmasto-olosuhteissa, joissa märkä lumi ja tasainen tuuli johtavat usein voimajohtokatkoksiin, mikä on täynnä siirtokuntien asutusta ja pitkiä korjaustöitä. Ajan myötä nanorakenteiset johdot auttavat melkein varmasti ratkaisemaan tämän ongelman.

Katso myös:Nanogeneraattorit - yleiset energiantuottajat