Superwires - nanotechnologie in de elektriciteitsindustrie

Specialisten van het All-Russian Research Institute of Anorganic Materials vernoemd naar Academician A.A. Bochvara ontwikkelde de technologie voor het maken van de nieuwste superdraden. De essentie van de technologie is de opeenvolgende assemblage van bimetaal composiet knuppels met hun daaropvolgende vervorming. Dit maakt het mogelijk om tape-niobiumvezels met een dikte van slechts 6-10 nm op te nemen in de matrix van een gewone koperdraad.

Het resultaat is een composietdraad met een doorsnede van 2 bij 3 mm, waarin maximaal 400 miljoen van deze fijnste niobiumvezels aanwezig zijn. De resulterende draad wordt gekenmerkt door een abnormaal hoge mechanische sterkte, aanzienlijk meer dan 500 MPa, en een elektrisch geleidingsvermogen van 65-85% van het geleidingsvermogen van zuiver koper, dat wordt bereikt door een kleine afstand tussen de vezels, vergelijkbaar met de gemiddelde weglengte van de elektronen in de kopermatrix.

Superdraden worden beschouwd als draden met een treksterkte van meer dan 400 - 450 MPa, waarvan de elektrische geleidbaarheid 40 tot 80% van de waarde van deze waarde van het overeenkomstige zuivere koper is. In de zomer van 2012 werd, samen met RUSNANO, de Nanoelectro-fabriek in Rusland gelanceerd, als onderdeel van haar industriële activiteit, begon de productie van dergelijke ultrasterke nanogestructureerde draden met een gepland volume van maximaal 50 ton per jaar.

Het projectbudget bedroeg 1,02 miljard roebel. Een aantal buitenlandse bedrijven, waaronder scheepsbouwbedrijven, hebben hun eigen belang bij het verwerven van door Rusland gemaakte superdraden, aangezien nieuwe producten hun bestaande analogen op de markt aanzienlijk overtreffen.

Tegenwoordig zijn wetenschappers vooral nodig om superkrachtige elektromagneten te maken. De projectpartners zijn: CERN, Kurchatov Institute, Nationaal laboratorium voor hoge magnetische velden, Los Alamos, VS, Rossendorf Research Center, Dresden, Duitsland, Russische Spoorwegen, VNIIKP, ALPHISICA GmbH.

In maart 2012 werd in het laboratorium van Los Alamos een wereldrecord gevestigd, waarbij een elektromagneet op basis van Russische superdraden een inductie van 100 Tesla vertoonde, wat 2 miljoen keer groter is dan het magnetische veld van de aarde. Bovendien zijn industrieën zoals robotica, micro-elektronica, scheepsbouw, vliegtuigbouw en andere belangrijke hightechindustrieën geïnteresseerd in het gebruik van superdraden.

Als u het nieuwe composietmateriaal vergelijkt met koper, brons, messing, zullen de voordelen duidelijk worden. Zuiver koper heeft een uitzonderlijke elektrische geleidbaarheid (inferieur aan zilver), maar de treksterkte van koper is slechts 220-270 MPa.

Het geleidingsvermogen van brons is slechts 17% van het geleidingsvermogen van zuiver koper, maar de treksterkte van 400-970 MPa. Messing heeft een treksterkte van 380-880 MPa, maar de elektrische geleidbaarheid is 2 keer lager dan de elektrische geleidbaarheid van koper.

Wat betreft het nieuwe materiaal van supergeleiders, de treksterkte bereikt hier 1200 MPa, en de elektrische geleidbaarheid is slechts enigszins inferieur aan de elektrische geleidbaarheid van koper.

Supergeleiders met hoge mechanische eigenschappen zijn dus gewoon onmisbaar voor high-field impulsmagneten en magneto-impulsinductoren, voor luchtvaart- en ruimtetechnologie, voor de marine- en defensie-industrie, evenals contactdraden voor hogesnelheidstreinen.

De sterkte van de draden is belangrijk, en eenvoudig in onze klimatologische omstandigheden, waar natte sneeuw en een buienwind vaak leiden tot stroomonderbrekingen, die vol zitten met stroomuitval in nederzettingen en langdurig reparatiewerk. Na verloop van tijd zullen draden met nanostructuur vrijwel zeker dit probleem helpen oplossen.

Zie ook:Nanogeneratoren - universele energie-generatoren