• 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 рассмотрели возможность зарождения жизни на безводных планетах

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

Создан гель для предотвращения лесных пожаров

©Wikipedia / Автор: Ирина Мельникова Лесные пожары — важная часть многих экосистем. Но столетия, в течение которых люди борются...

Искусственный интеллект научился определять свойства любых молекул, решая уравнение Шредингера

Пример определения свойств молекулы циклобутадиена разными методами. PauliNet сравнивается с двумя вариантами связанных кластеров (MR-CC и CCSD), а...

Экосредства для уборки оказались хуже обычных в плане выделений химикатов в воздух

© Getty Images / Автор: Александр Литвинов В последние годы все большую популярность набирает бытовая химия с экологической...

Получен твердый материал с рекордно низкой теплопроводностью

©University of Liverpool / Автор: Messiena Lucretius «Созданный нами материал обладает самой слабой теплопроводностью среди любых неорганических твердых...

Ученые создают биосенсор для экспресс-диагностики стресса и токсикологического загрязнения

Ученые создают биосенсор для экспресс-диагностики стресса и токсикологического загрязнения / Автор: Messiena Lucretius Ученые из Института фундаментальной биологии...

Применение графена позволяет полностью извлекать золото из электронных отходов

/ © iStock / Автор: Михаил Григорьев Количество выбрасываемых в мире электронных и электрических устройств (так называемых электронных...

Назван элемент, который имел решающее значение для эволюции сложной жизни, помимо кислорода

Дикинсония – представитель эдиакарской биоты / ©Getty images / Автор: Caristania Fabricius Железо — незаменимый компонент белков и...

Учёный изобрёл сухую воду

В рамках проекта по борьбе с глобальным потеплением, ученый из Великобритании представил свою разработку – воду в виде...

Материал для атомных реакторов стал прочнее

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

Химики создали батарею на основе главного белка человеческой крови

Команда химиков из Национального университета Кордовы, которая создала батарею / © University of Cordoba / Автор: Павел Сорокин...

Новое топливо из бактерий будет эффективнее ракетного

©David Berd, CDC / Автор: Ирина Мельникова Ископаемое топливо — нефть, газ, уголь — позволяет автомобилям ездить, самолетам...

Бутылки или банки: ученые оценили влияние тары на крафтовое пиво

©Tama Leaver, Flickr / Автор: Екатерина Лебедева Помимо воды и этанола, разные сорта пива содержат тысячи соединений, которые...

Найден способ сделать стекло тверже алмаза

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

Шедевры датской живописи оказались написаны с помощью пива

«Женщина перед зеркалом». Кристоффер Вильхельм Эккерсберг, 1841 год (фрагмент) / ©Hirschsprung Collection / Автор: Александр Литвинов Первая половина...

Найдена причина выброса рутения в 2017 году

©Wikipedia / Автор: Visellia Orfius После аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году ученые поняли, что необходимо размещать станции мониторинга...

Криминалисты научились определять отпечатки пальцев, оставленные на бумаге до и после печати

©Loughborough University / Автор: Ирина Мельникова Если отпечатки пальцев подозреваемого обнаружили на важном для дела документе, ловкий преступник...

Химики нашли новое объяснение гомохиральности «живых» молекул

Каталитическое лигирование пептидов и хиральное усиление в пребиотических условиях / © Min Deng et al. Биологические молекулы в...

Ученые из Сколтеха предсказали новый сверхтвердый материал с уникальными характеристиками

Инструменты из победита /©Википедия / Автор: Ирина Мельникова Предсказанный исследователями новый борид вольфрама по своим свойствам превосходит применяемый ныне в...

Эксперимент показал, как живые новогодние деревья влияют на состав воздуха в комнате

Обычную елку поместили в герметичную камеру на 17 дней, чтобы отслеживать и измерять выделяемые ею химические вещества /...