Los científicos de la Universidad de Rice han logrado un avance fundamental en el desarrollo de un cable que hará posible una red eléctrica eficiente en el futuro.

El cable cuántico de sillón (AQW) será un tejido de nanotubos metálicos que pueden transportar electricidad con pérdidas insignificantes a largas distancias. Será un reemplazo ideal para la red de cobre del país, que pierde electricidad en un estimado del 5 por ciento por cada 100 millas de transmisión, dijo el químico de Rice Andrew R. Barron, autor de un artículo sobre el último paso adelante publicado en línea por la revista American Chemical Society Nano Letras.

Un obstáculo técnico fundamental en el desarrollo de este "cable milagroso, "Barron dijo, es la fabricación de cantidades masivas de nanotubos de carbono metálicos de pared simple, sillones doblados por su forma única. Los sillones son los mejores para llevar corriente, pero todavía no se puede hacer solo. Crecen en lotes con otros tipos de nanotubos y deben separarse, que es un proceso difícil dado que un cabello humano tiene 50, 000 veces más grande que un solo nanotubo.

El laboratorio de Barron demostró una forma de tomar pequeños lotes de nanotubos individuales y hacerlos dramáticamente más largos. Idealmente, Se podrían cortar nanotubos largos de sillón, re-sembrado con catalizador y re-cultivado indefinidamente.

El artículo fue escrito por el estudiante de posgrado y primer autor Alvin Orbaek, estudiante de pregrado Andrew Owens y Barron, el profesor de química Charles W. Duncan Jr.-Welch y profesor de ciencia de los materiales.

La amplificación de nanotubos fue vista como un paso clave hacia la fabricación práctica de AQW por el fallecido profesor de Rice, pionero de la nanotecnología y premio Nobel Richard Smalley, quien trabajó en estrecha colaboración con el químico James Tour de Barron y Rice, el T.T. y W.F. Cátedra Chao de Química y profesor de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales y de informática, para trazar un camino para su desarrollo.

Barron encargó a Orbaek la tarea de seguir adelante cuando se unió al laboratorio hace cinco años. "Cuando escuché por primera vez sobre Rice University, fue por Rick Smalley y los nanotubos de carbono, "dijo Orbaek, un nativo de Irlanda. "Tenía una gran presencia global con respecto a la nanotecnología, y eso me alcanzó.

"Así que estaba encantado de venir aquí y descubrir que estaría trabajando en el crecimiento de nanotubos que estaba relacionado con el trabajo de Smalley".

Orbaek dijo que no se ha alejado mucho de la dirección original de Barron, que implicó unir químicamente un catalizador de hierro / cobalto a los extremos de los nanotubos y luego ajustar la temperatura y el entorno en el que podría ocurrir la amplificación.

"Mi grupo, con el grupo de Smalley y Tour, demostró que podía hacer esto, pero en la primera demostración, solo tenemos un tubo para crecer de entre cientos o miles, ", Dijo Barron. Los experimentos posteriores aumentaron el rendimiento, pero el crecimiento del tubo fue mínimo. En otros intentos, el catalizador literalmente comería, o "grabaría", los nanotubos, él dijo.

Refinar el proceso ha llevado años, pero la recompensa es clara porque hasta el 90 por ciento de los nanotubos en un lote ahora se pueden amplificar a longitudes significativas, Dijo Barron. Los últimos experimentos se centraron en nanotubos de carbono de pared simple de diversas quiralidades, pero los investigadores creen que los resultados serían tan buenos, y probablemente incluso mejor, con un lote de sillones impecables.

La clave fue encontrar el equilibrio adecuado de temperaturas, presiones, tiempos de reacción y proporciones de catalizador para promover el crecimiento y retardar el grabado, Dijo Barron. Si bien el crecimiento inicial tuvo lugar en 1, 000 grados Celsius, los investigadores encontraron que el paso de amplificación requería bajar la temperatura en 200 grados, además de ajustar la química para maximizar el rendimiento.

"A lo que estamos llegando es a ese punto óptimo donde la mayoría de los nanotubos crecen y ninguno de ellos se graba, "Dijo Barron.

Wade Adams, director del Instituto Richard E. Smalley de Ciencia y Tecnología a Nanoescala de Rice e investigador principal del proyecto AQW, comparó la técnica con la elaboración de pan de masa madre. "Se hace un pequeño lote de metálicos puros y luego se amplifica enormemente para hacer una gran cantidad. Este es un incremento importante en el desarrollo de la ciencia para hacer AQW.

Adams señaló que ocho profesores de Rice y docenas de sus estudiantes están trabajando en aspectos de AQW. "Sabemos cómo convertir nanotubos en fibras, y sus propiedades también están mejorando rápidamente, ", dijo." Todo esto ahora tiene que unirse en un gran programa para convertir los cables cuánticos en un producto que transportará grandes cantidades de electricidad por todo el mundo ".

Barron y su equipo continúan afinando su proceso y esperan que para el final del verano puedan comenzar a amplificar los nanotubos de los sillones con el objetivo de hacer grandes cantidades de metálicos puros. "Siempre estamos aprendiendo más sobre los mecanismos por los que crecen los nanotubos, "dijo Orbaek, que ve el juego final como el desarrollo de un solo horno para cultivar nanotubos desde cero, taparlos con catalizador nuevo, amplifíquelos y emita un flujo constante de fibra para cables.

"Lo que hemos hecho es un pequeño paso, ", dijo." Pero verifica que, en el panorama general, El cable cuántico de sillón es técnicamente factible ".

Orbaek dijo que está encantado de desempeñar un papel en el logro de la amplificación, lo que Smalley reconoció como necesario para su sueño de una red de energía eficiente que catalizaría soluciones a muchos de los problemas del mundo.

"Me encantaría encontrarme con él ahora para decirle, 'Oye, hombre, usted tenía razón, '" él dijo.