• Виктор
  • Статьи
  • 2 мин. чтения

Примесь углерода резко улучшила электропроводность меди


Материаловед Сяо Ли держит в руках образцы медно-графеновой проволоки / © Pacific Northwest National Laboratory / Автор: Екатерина Лебедева

Многие металлы — хорошие проводники электрического тока. У разных металлов разная электропроводность. Самая наилучшая — у серебра, меди, золота, алюминия. Наихудшей электропроводностью среди металлов обладает марганец. 

Однако, когда металл подвергается влиянию высоких температур, его электрическая проводимость уменьшается. Скорее всего, причина тому — увеличивающиеся при нагревании тепловые колебания ионов кристаллической решетки, которые препятствуют свободному перемещению электронов. 

При понижении температуры электропроводность металла, наоборот, увеличивается. Сперва линейно, а затем, при еще большем понижении, невероятно быстро. При температуре, близкой к абсолютному нулю, у некоторых металлов наблюдается эффект сверхпроводимости.

Из-за уникальных свойств металлы используют в самых разных сферах и областях: в энергетике, военно-промышленном комплексе, электротехнике, электротранспорте. Правда, у них есть и недостатки: дороговизна, хрупкость при изгибе, износостойкость. Поэтому чистые металлы часто заменяют сплавами — материалом, состоящим из смеси двух или большего числа химических элементов, один из которых обязательно металл.

Огромное преимущество сплавов в том, что они превосходят чистые металлы по прочности, твердости, износостойкости и жаропрочности. Но и у сплавов есть один большой минус: они уступают чистым металлам по электропроводности.

Когда в состав металла добавляют различные примеси, чтобы улучшить физические и химические свойства основного материала, начинает расти его температурный коэффициент электрического сопротивления. То есть он быстрее нагревается при тех же уровнях тока по сравнению с чистыми металлами. Известно, что при увеличении температуры электропроводность металла снижается.

Исследователи давно пытаются найти способ, позволяющий уменьшить температурный коэффициент электрического сопротивления сплавов и одновременно повысить их электрическую проводимость, особенно при высоких температурах. 

Похоже, к решению этой проблемы приблизились материаловеды из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США.

В статье, опубликованной в журнале Materials & Design, ученые рассказали, что им удалось уменьшить температурный коэффициент электрического сопротивления сплава меди C11000 почти на 11 процентов, добавив к нему графен в количестве 18 частей на миллион. При этом снижения электропроводности сплава при повышении температуры не наблюдалось.

Медная фольга с графеновым покрытием, которая использовалась в качестве исходного материала (a). Толщина фольги 20-25 микрометров. Установка ShAPE для изготовления медно-графеновой проволоки (b) / © Pacific Northwest National Laboratory

Поясним, графен — слой углерода, материала, состоящего из кристаллической решетки, которую образуют шестиугольники атомов. Графен — один слой решетки толщиной в один атом.

«В случае с двигателями электромобилей наше открытие позволит увеличить электропроводность медной обмотки на 11 процентов. А это означает повышение КПД двигателя на один процент», — пояснила Керти Каппагантула (Keerti Kappagantula). один из авторов исследования.

Ученые отметили, что разработанные ими медно-графеновые композиты можно будет использовать во многих сферах.

Например, медную обмотку применяют в сердечниках электродвигателей и генераторов. Современные двигатели рассчитаны на работу в ограниченном температурном диапазоне, поскольку при перегреве электропроводность резко падает. С новым медно-графеновым композитом двигатели могут работать при более высоких температурах без уменьшения электропроводности.

Проводку, используемую в домах и на предприятиях, обычно изготавливают из меди. С ростом плотности населения городов спрос на электроэнергию только увеличивается. Новый композитный провод, обладающий бо‌льшей электрической проводимостью, позволит удовлетворить этот спрос за счет экономии электроэнергии.

Американские ученые подали заявку на патент медно-графенового материала. Но прежде чем приступить к производству в коммерческих масштабах, исследователи собираются проверить его на прочность, коррозию и износостойкость. Эти свойства важны для промышленного применения.


Source: https://lib.zaplata.ru/mendel/primes-ygleroda-rezko-ylychshila-elektroprovodnost-medi.html

Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
guest

Ученые установили кристаллическую структуру борида натрия

Минеральная форма бора – датолит / Автор: Ольга Кузьмина Международная группа ученых совместно с профессором Сколтеха и МФТИ...

Комета помогла создать новый способ получения кислорода на Марсе

©Wikipedia / Автор: Ирина Мельникова Для начала большинства химических реакций требуется энергия, которая обычно подводится в виде тепла....

Определены реакции, способные зародить жизнь на других планетах

Описание типов реакций и условий, необходимых для их самоподдерживающегося воспроизведения (автокатализа), могло бы расширить область поиска жизни на...

Ученые впервые наблюдали за поведением электронов во время химических реакций

©Wikipedia / Автор: Андрей Чернов В недавно опубликованной статье журнала Nature исследователи из Университета Падерборн и Института имени...

Новая добавка в асфальт защитит дороги от обледенения

©Lorie Shaull, Flickr / Автор: Александр Литвинов Лед на зимней дороге опасен для всех участников движения. С ним...

Ученые назвали самый прочный материал на Земле

Микрофотография деформации сплава при сверхнизкой температуре минус 253 градуса по Цельсию / ©Robert Ritchie / Berkeley Lab /...

Российские ученые измерили температуру внутри клетки

Люминисцентный краситель в нейронах / © biotium.com / Автор: Godefridus Victorinus Температура сильно влияет на множество химических, а...

Химики предложили перерабатывать рождественские елки на топливо

«Жизнь» новогодней елки недолга: всего пара недель праздника — и на помойку / © haszon.hu / Автор: Godefridus...

Интересные факты о ДНК

Человечество существует благодаря ДНК. Дезоксирибонуклеиновая кислота – молекула с высокой молекулярной массой, несущая генетический план формирования и работоспособности...

Химики вычислили источник земной воды

©Ron Miller/Discover / Автор: Plinia Abito Земля, как и другие планеты, формировалась при соударении и «слипании» небольших протопланетных...

Материал для атомных реакторов стал прочнее

Атомный реактор / ©finobzor.ru / Автор: Sycophanta Duccius Эти свойства не теряются при нагреве до 700°С. Результаты работы...

В Google провели первую квантовую симуляцию химической реакции

Процессор Sycamore, при помощи которого проводились вычисления / Erik Lucero / Автор: Дмитрий Жуков Команда инженеров из Google...

Съедобный биокомпозит на неделю продлил срок годности фруктов и ягод

Схема получения материала / © Ajayan, Rahman, Yung et al., Advanced Materials, 2020 / Автор: Sycophanta Duccius По...

Исследователи расшифровали внутреннюю структуру керогена

©Wikipedia / Автор: Никита Тарасов Кероген представляет собой смесь органических материалов: преимущественно это останки мертвых микробов, растений и животных,...

Найден способ сделать стекло тверже алмаза

Найден способ сделать стекло тверже алмаза / © Getty images / Автор: Messiena Lucretius На атомном уровне стекло...

Химики предложили использовать рамановскую спектроскопию для контроля качества пива

Чтобы пиво было вкусным, требуется не допустить попадания в него ненужных микробов / © Unsplash/CC0 Public Domain /...

В хрящах взрослых людей нашли признаки регенерации

Американские исследователи обнаружили следы обновления ткани в суставах ног у человека…Они измерили возраст внеклеточных белков в суставных хрящах...

В картине Рембрандта нашли необычное химическое соединение

В картине Рембрандта нашли необычное химическое соединение / ©Getty images / Автор: Caristania Fabricius Полотно «Ночной дозор», написанное...

Химики предложили хранить информацию в виде цветных светящихся точек

Пример записи информации. / © American Chemical Society / Автор: Андрей Чернов Современные устройства для хранения данных —...

Искусственный интеллект поможет построить карту химического пространства

©Wikipedia / Автор: Pinaria Caprarius Ученые из Сколтеха (Центр научных и инженерных вычислительных технологий для задач с большими...