Superwires - nanotechnologia w energetyce

Specjaliści Wszechrosyjskiego Instytutu Badawczego Materiałów Nieorganicznych imienia Academician A.A. Bochvara opracowała technologię tworzenia najnowszych super drutów. Istotą tej technologii jest sekwencyjny montaż bimetalicznych kęsów kompozytowych z ich późniejszym odkształceniem. Umożliwia to włączenie taśmy niobu o grubości zaledwie 6-10 nm do matrycy zwykłego drutu miedzianego.

Rezultatem jest drut kompozytowy o przekroju 2 na 3 mm, w którym obecnych jest do 400 milionów tych najlepszych włókien niobu. Powstały drut charakteryzuje się anomalnie wysoką wytrzymałością mechaniczną, znacznie większą niż 500 MPa oraz przewodnością elektryczną 65-85% przewodności czystej miedzi, co osiąga się dzięki niewielkiej odległości między włóknami, porównywalnej ze średnią długością ścieżki elektronów w matrycy miedzianej.

Super druty są uważane za druty o wytrzymałości na rozciąganie przekraczającej 400-450 MPa, których przewodność elektryczna wynosi od 40 do 80% wartości tej wartości odpowiedniej czystej miedzi. Latem 2012 r. Wraz z RUSNANO w Rosji uruchomiono fabrykę Nanoelectro, w ramach działalności przemysłowej rozpoczęto produkcję drutów nanostrukturalnych o bardzo wysokiej wytrzymałości o planowanej objętości do 50 ton rocznie.

Budżet projektu wyniósł 1,02 miliarda rubli. Wiele zagranicznych firm, w tym stoczniowych, ma własny interes w zakupie rosyjskich super drutów, ponieważ nowe produkty znacznie przewyższają istniejące na rynku analogi.

Obecnie superwiresy są potrzebne przede wszystkim naukowcom do tworzenia supermocnych elektromagnesów. Partnerami projektu są: CERN, Kurchatov Institute, National Laboratory of High Magnetic Fields, Los Alamos, USA, Rossendorf Research Center, Dresden, Germany, Russian Railways, VNIIKP, ALPHISICA GmbH.

W marcu 2012 r. W laboratorium Los Alamos ustanowiono rekord świata, w którym elektromagnes oparty na rosyjskich super drutach wykazał indukcję 100 Tesli, która jest 2 miliony razy większa niż indukcja ziemskiego pola magnetycznego. Ponadto takie branże, jak robotyka, mikroelektronika, przemysł stoczniowy, budowa samolotów i inne ważne branże zaawansowanych technologii są zainteresowane wykorzystaniem super drutów.

Jeśli porównasz nowy materiał kompozytowy z miedzią, brązem, mosiądzem, zalety staną się widoczne. Czysta miedź ma wyjątkową przewodność elektryczną (gorszą niż srebro), ale wytrzymałość miedzi na rozciąganie wynosi tylko 220–270 MPa.

Przewodność brązu wynosi tylko 17% przewodności czystej miedzi, ale wytrzymałość na rozciąganie wynosi 400-970 MPa. Mosiądz ma wytrzymałość na rozciąganie 380-880 MPa, ale jego przewodność elektryczna jest 2 razy niższa niż przewodność elektryczna miedzi.

Jeśli chodzi o nowy materiał nadprzewodników, wytrzymałość na rozciąganie osiąga tutaj 1200 MPa, a przewodność elektryczna jest tylko nieznacznie gorsza niż przewodność elektryczna miedzi.

Tak więc nadprzewodniki o wysokich właściwościach mechanicznych są po prostu niezbędne dla magnesów impulsowych o dużym polu i cewek magneto-impulsowych, dla lotnictwa i technologii kosmicznej, dla marynarki wojennej i przemysłu obronnego, a także przewodów kontaktowych dla pociągów dużych prędkości.

Wytrzymałość drutów jest również ważna po prostu w naszych warunkach klimatycznych, w których mokry śnieg i słaby wiatr często prowadzą do zerwania linii energetycznej, która jest obarczona zaciemnieniami w osadach i długimi pracami remontowymi. Z czasem druty nanostrukturalne prawie na pewno pomogą rozwiązać ten problem.

Zobacz także:Nanogeneratory - uniwersalne generatory energii