• 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

Женские прокладки предложили делать из агавы

Агава сизалевая (Agave sisalana) / © Wikimedia Commons / Автор: Lampronia Auxilius Агава сизалевая (Agāve sisalāna) широко культивируется...

Ученые рассмотрели возможность зарождения жизни на безводных планетах

Вид Титана, спутника Сатурна, в ближнем инфракрасном диапазоне, демонстрирующий блики на углеводородных озерах на его поверхности / ©...

Ученые впервые заставили микробы синтезировать аминокислоту с помощью электричества

В небольших лабораторных биореакторах ученые смогли отследить электросинтез бактерий / ©Ronja Münch / Leibniz-HKI / Автор: Godefridus Victorinus...

Кофейная гуща сделала бетон на 30% прочнее

Отработанная кофейная гуща / © Flickr / Автор: Lampronia Auxilius Кофе — самый популярный безалкогольный напиток в большинстве...

Сингапурские ученые создали «многоразовую» бумагу из пыльцы растений

©Dmitry Djouce, Flickr / Автор: Татьяна Соловьёва Несмотря на повсеместное распространение компьютеров и электронного документооборота, человечество по-прежнему расходует...

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....

Химики исследовали поведение кислоты в космосе

©Wikipedia / Автор: Екатерина Лебедева Одной из самых устрашающих особенностей киношных ксеноморфов Чужих была их едкая кровь, проявлявшая...

В картине Рембрандта нашли необычное химическое соединение

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

Нитрид алюминия продлит жизнь солнечным электростанциям

Солнечные батареи / ©tokar.ua / Автор: Ирина Мельникова Исследователи НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Центрального научно-исследовательского института...

Ученые назвали самый прочный материал на Земле

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

Старые игрушки мешают экономике замкнутого цикла

Хотя со старыми игрушками у родителей может быть связано немало приятных воспоминаний, давать их детям все же не...

Разработан простой процесс получения экологичного дезинфектанта из воды

Схема установки, предложенной учеными / © Murray, Voskian, Surendranath et al., Joule, 2019 / Автор: Ольга Кузьмина Пероксид...

Химики создали «умный» материал, которым можно управлять на расстоянии

Чтобы написать слово «SMART» («умный» по-английски), ученые не притронулись к материалу даже пальцем / © UPNA/NUP-Public University of...

Новая краска «залечивает» царапины на автомобиле за полчаса под солнцем

©Ed Visoso, Flickr / Автор: Сергей Данилов Царапина на автомобиле может надолго испортить настроение и потребовать совсем не...

Ученые подошли к разгадке причин головной боли от красного вина

© Rostislav_Sedlacek, Pinterest / Автор: Екатерина Лебедева Красное вино богато полифенолами, особенно флавоноидами — природными веществами, которые придают...

Интересные факты о ДНК

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

Российские ученые получили вещество, которое сможет замедлить глобальное потепление

Глобальное потепление — угроза всему населению нашей планеты / © engoo.ru / Автор: Анастасия Кожевникова Один из самых...

Созданы микророботы, удаляющие радиоактивные отходы

Новые микророботы удалят радиоактивное загрязнение / Автор: Андрей Чернов Ядерная энергетика — на сегодня один из наиболее эффективных...

Создан «самый черный» материал на сегодняшний день

©Wikipedia / Автор: Sycophanta Duccius Предыдущий рекорд принадлежал материалу под названием vantablack. Он состоит из вертикально выровненных углеродных...

Биохимики узнали, как улитке удается выделять одновременно слизь-смазку и слизь-клей

Съедобная крапчатая улитка Cornu aspersum / © Peter Hillman / Автор: Владимир Богданов Все животные, не исключая человека,...