(Phys.org) —En una base de libra por libra, Las fibras a base de nanotubos de carbono inventadas en la Universidad de Rice tienen mayor capacidad para transportar corriente eléctrica que los cables de cobre de la misma masa. según una nueva investigación.

Mientras que los nanotubos individuales son capaces de transmitir casi 1, 000 veces más corriente que el cobre, los mismos tubos fusionados en una fibra utilizando otras tecnologías fallan mucho antes de alcanzar esa capacidad.

Pero una serie de pruebas en Rice mostró que la fibra de nanotubos de carbono hilada en húmedo todavía vence cómodamente al cobre, llevando hasta cuatro veces más corriente que un alambre de cobre de la misma masa.

Ese, dijeron los investigadores, hace que los cables basados ​​en nanotubos sean una plataforma ideal para la transmisión de energía liviana en sistemas donde el peso es un factor importante, como aplicaciones aeroespaciales.

El análisis dirigido por los profesores de Rice Junichiro Kono y Matteo Pasquali apareció en línea esta semana en la revista. Materiales funcionales avanzados . Hace apenas un año la revista Ciencias informó que el laboratorio de Pasquali, en colaboración con científicos de la firma holandesa Teijin Aramid, creó una fibra conductora muy fuerte a partir de nanotubos de carbono.

Los cables de transmisión actuales hechos de cobre o aluminio son pesados ​​porque su baja resistencia a la tracción requiere un refuerzo con núcleo de acero.

Los científicos que trabajan con materiales a nanoescala han pensado durante mucho tiempo que hay una mejor manera de mover la electricidad de aquí para allá. Ciertos tipos de nanotubos de carbono pueden transportar mucha más electricidad que el cobre. El cable ideal estaría hecho de largos nanotubos metálicos de "sillón" que transmitieran corriente a grandes distancias con una pérdida insignificante. pero tal cable no es factible porque aún no es posible fabricar sillones puros a granel, Dijo Pasquali.

Mientras tanto, el laboratorio de Pasquali ha creado un método para hilar fibra a partir de una mezcla de tipos de nanotubos que aún supera al cobre. El cable desarrollado por Pasquali y Teijin Aramid es fuerte y flexible aunque tiene 20 micrones de ancho, es más delgado que un cabello humano.

Pasquali se volvió hacia Kono y sus colegas, incluido el autor principal Xuan Wang, investigador postdoctoral en Rice, para cuantificar las capacidades de la fibra.

Pasquali dijo que ha habido una desconexión entre los ingenieros eléctricos que estudian la capacidad de carga actual de los conductores y los científicos de materiales que trabajan con nanotubos de carbono. "Eso ha generado cierta confusión en la literatura sobre las comparaciones correctas que se deben hacer, ", dijo." Jun y Xuan realmente llegaron al fondo de cómo hacer bien estas medidas y comparar manzanas con manzanas ".

Los investigadores analizaron la "capacidad de carga actual" de la fibra (CCC), o ampacidad, con un equipo personalizado que les permitió probarlo junto con cables metálicos del mismo diámetro. Los cables se probaron mientras estaban suspendidos al aire libre, en vacío y en ambientes de nitrógeno o argón.

Los cables eléctricos se calientan debido a la resistencia. Cuando la carga actual excede la capacidad segura del cable, se calientan demasiado y se rompen. Los investigadores encontraron que las fibras de nanotubos expuestas al nitrógeno se desempeñaron mejor, seguido de argón y aire libre, todos los cuales pudieron enfriarse por convección. Las mismas fibras de nanotubos en el vacío solo podían enfriarse por radiación y tenían el CCC más bajo.

"El resultado es que estas fibras tienen la CCC más alta jamás registrada para cualquier fibra a base de carbono, "Dijo Kono." El cobre todavía tiene mejor resistividad en un orden de magnitud, pero tenemos la ventaja de que la fibra de carbono es ligera. Entonces, si divide el CCC por la masa, ganamos."

Kono planea investigar y explorar más a fondo los aspectos multifuncionales de la fibra, incluyendo aplicaciones de dispositivos optoelectrónicos flexibles.

Pasquali sugirió que las fibras en forma de hilo son lo suficientemente livianas para entregar energía a los vehículos aéreos. "Suponga que desea alimentar un vehículo aéreo no tripulado desde el suelo, "reflexionó." Podrías hacerlo como una cometa, con energía suministrada por nuestras fibras. ¡Ojalá Ben Franklin estuviera aquí para ver eso! "