Отдельная нанотрубка может передать в тысячу раз больше тока, чем аналогичного сечения медь, однако при свивании в провод ничего подобного не получается: идеального контакта между нитями там нет, поскольку нужные технологии соединения никак не удаётся отработать.
Нанотрубочные провода, разрушенные омическим нагревом в разных условиях. И в газах, и в вакууме на единицу веса они показали лучшие качества, чем медь. (Здесь и ниже иллюстрации Kono Lab / Rice University.)
Новый метод мокрого свивания волокна из нанотрубок представлен учёными из Университета Райса (США) во главе с Юничиро Коно (Junichiro Kono), год назад уже пытавшимися обогнать медь. Тогда, однако, успех был ограниченным: проводимость всё ещё слегка недотягивала. Сейчас материаловеды свивали провод сразу из нескольких разновидностей нанотрубок — как с однослойными, так и с многослойными стенками. В итоге при толщине всего в 20 мкм (тоньше человеческого волоска) он был не только много прочнее, но и в электротехническом смысле мощнее меди.
Кроме собственно проводимости, в экспериментах измерялось то, что в США и Канаде называют «способностью проводить ток» до выхода из строя (Ampacity), то есть максимальный ток, при котором проводник не начинает испытывать немедленное или постепенное снижение своих характеристик из-за перегрева и иных факторов.
Нанотрубочный провод испытывался как в воздушной среде, так и в вакууме, азотной и аргоновой атмосфере. Лучшие результаты были достигнуты в азотной атмосфере, хотя и аргон с обычным воздухом справились неплохо — благо конвекция могла охлаждать провод. Худшие параметры были в вакууме, где нанотрубочный провод мог охлаждаться только излучая, то есть при малых температурах подобное охлаждение было малоэффективным.
В итоге параметры провода оказались лучше любого образца, когда-либо испытывавшегося ранее, и хотя сопротивление меди на единицу площади сечения проводника всё ещё на порядок ниже, однако углеродный провод радикально легче — ведь и сам углерод не так тяжёл, да и зазоры между нанотрубками в нити весьма значительны. Поэтому на единицу массы провода нанотрубки показали проводимость вчетверо выше, чем у меди, — впервые в мировой практике.
Что особенно важно, в реальной жизни свободно висящие провода недостаточно прочны — в отличие от нанотрубочных, а потому в них присутствует стальная проволока, не дающая мягкому металлу, будь это медь или алюминий, провисать. Поскольку нанотрубки в подобном просто не нуждаются, будучи и без того прочными, их использование даст ещё больший выигрыш по весу.
Схема экспериментальной установки, на которой испытывались нанотрубочные провода.
Авторы технологии мокрого свивания нитей считают, что она может пригодиться в аэрокосмической отрасли, где проводов много, а вес сильно отражается на потреблении недешёвого топлива. Там пока более высокая (до начала массового производства) цена нанотрубок будет с лихвой компенсироваться снижением массы самолётов или космических аппаратов.
Особенно интересно, что сочетание исключительной прочности провода и его хороших электротехнических параметров позволяет запитывать им БПЛА, причём даже на довольно большой высоте — как подавая энергию его батарее с земли, так и получая её или нужную информацию (без демаскирующей радиопередачи) обратно. Совершенно очевидно, что подобные возможности исключительно востребованы и в гражданском, и в военном применении, что, впрочем, и так понятно по присутствию среди финансировавших разработку госструктур Отдела научных исследований ВВС США.
