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  • La carrera por los superconductores se reduce a nanoescala

    Los alambres hechos de hilos hechos de millones de haces de nanotubos de carbono pueden ayudar a que la superconductividad sea práctica. Las nanofibras que forman el alambre son miles de veces más pequeñas que un cabello humano.

    (PhysOrg.com) - Un equipo de investigadores de UT Dallas, La Universidad de Clemson y la Universidad de Yale están utilizando la ciencia a nanoescala para abordar uno de los desafíos más esquivos de la física:el descubrimiento de la superconductividad a temperatura ambiente. Con eso como el objetivo final, el equipo está trabajando para desarrollar cables superconductores hechos de nanotubos que transportan altas corrientes a la temperatura del nitrógeno líquido, o mas alto.

    Con una subvención de investigación de $ 3 millones de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (AFOSR), el equipo se ha embarcado en un proyecto de cinco años para inventar nuevos cables superconductores basados ​​en nanomateriales de alta ingeniería, cada componente es miles de veces más pequeño que un cabello humano. Dichos cables se usarían para aplicaciones que van desde imanes para imágenes de resonancia magnética hasta reemplazo de cobre que desperdicia energía en líneas de transmisión de energía.

    Si bien los alambres de cobre tradicionales son altamente conductores, pierden poder por resistencia, lo que se traduce en energía desperdiciada. Los materiales superconductores transmiten potencia sin resistencia, pero deben enfriarse a bajas temperaturas.

    “El año 2011 marca 100 años desde que se descubrió la superconductividad, ”Dijo el Dr. Anvar Zakhidov, uno de los investigadores del proyecto y director asociado del Instituto Alan G. MacDiarmid NanoTech. "Todavía, el problema de encontrar un superconductor a temperatura ambiente no se ha resuelto, y los actuales superconductores de alta temperatura se vuelven no superconductores cuando las corrientes son moderadas. También, Los materiales superconductores de alta temperatura modernos son demasiado frágiles, caro y deficiente en propiedades electrónicas para una aplicación a gran escala. Esperamos superar esas limitaciones fabricando cables a partir de nanotubos, usando nanotubos de carbono u otros nanotubos mejorados por átomos como el boro, nitrógeno o azufre ".

    Según Zakhidov, quien es profesor de física, hasta un 30 por ciento de la energía eléctrica se puede perder en forma de calor cuando la electricidad viaja a través de las líneas eléctricas. Los materiales superconductores prometen un enorme ahorro medioambiental y energético.

    Bajo el liderazgo de Zakhidov y el Dr. Ray Baughman, director del Instituto NanoTech, el equipo del instituto ya ha sido pionero en métodos para ensamblar nanomateriales en hilos.

    “Hacer alambres y cables superconductores a partir de nanofibras y nanopartículas presenta desafíos especiales que van más allá del descubrimiento de nuevos superconductores, —Dijo Baughman. "Por ejemplo, por cada libra de alambre superconductor, puede ser necesario ensamblar más de 3 mil millones de millas de nanotubos individuales, y el objetivo es lograr este ensamblaje a tasas comercialmente útiles. Para esta tarea, estamos inventando métodos radicalmente nuevos para fabricar cables superconductores ".

    Dra. Lisa Pfefferle, profesor de ingeniería química en la Universidad de Yale y miembro del equipo de investigación, está experimentando con nuevos tipos de nanofibras que han sido sintetizadas por su equipo utilizando elementos como el boro.

    Miembro del equipo Dr. Apparao Rao, profesor de física en la Universidad de Clemson, ya ha producido nanotubos superconductores mediante un proceso llamado ablación con láser pulsado. El proceso da como resultado nanotubos de carbono "dopados" con boro que se superconducen a temperaturas más altas que otros materiales a base de carbono, pero aún a temperaturas relativamente bajas.

    Dr. Myron Salamon, decano de la Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas, evaluará los nuevos superconductores del equipo para probar la temperatura máxima de superconductividad en función de la corriente y la potencia transmitida, que es un factor crucial para el uso de estos materiales en sistemas eléctricos.

    "Siempre ha existido la sensación de que podemos mejorar la superconductividad mediante el uso de materiales más ligeros, ”Dijo Salamon. "Los cables hechos de nanotubos ultraligeros pueden permitir que los átomos vibren fácilmente, que ayuda con la superconductividad. Existe buena evidencia de que los materiales a base de carbono, como nanotubos de carbono modificados con dopantes, podrían ser buenos superconductores ".

    Se otorgaron cinco becas de investigación para estimular el desarrollo de superconductores prácticos de alta temperatura. Las subvenciones son administradas a través de AFOSR por el Gerente de Proyecto, Dr. Harold Weinstock, que ha ayudado a ser pionero y a respaldar muchos otros descubrimientos importantes en física. Según Zakhidov, Otras universidades en la carrera colaborativa de superconductores incluyen la Universidad de Houston, la Universidad de Maryland, la Universidad de California, San Diego y la Universidad de Stanford.

    Proporcionado por UT Dallas


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