Американские учёные выяснили: добавление графена в медь снижает потери электрической проводимости при высоких температурах. Власти надеются, что это позволит сделать распределение электроэнергии в домах и на предприятиях более эффективным, а также повысит КПД двигателей для электромобилей и промышленного оборудования.
Многие металлы хорошо проводят электрический ток. Разные металлы обладают различной электропроводностью. Серебро, медь, золото и алюминий являются лучшими проводниками. обладает марганец.
Повышение температуры снижает электрическую проводимость металла, так как усиливаются тепловые колебания ионов кристаллической решетки.
Уменьшение температуры повышает электропроводность металла. Способ действия сначала прямой, а при дальнейшем охлаждении – стремительный. Рядом со значением абсолютного нуля некоторые металлы демонстрируют сверхпроводящее состояние.
Металлы благодаря своим свойствам применяются в энергетике, военно-промышленном комплексе, электротехнике и электротранспорте. Имея недостатки в виде дороговизны, хрупкости при изгибе и износостойкости, чистые металлы заменяют сплавами — смесью двух или более химических элементов, где одним обязательно является металл.
Сплавы обладают большим преимуществом перед чистыми металлами по прочности, твердости, износостойкости и жаропрочности. Однако сплавы уступают чистым металлам в электропроводности.
Внесение в состав металла различных добавок для повышения физических и химических характеристик исходного материала ведет к увеличению … температурный коэффициент электрического сопротивленияПри одинаковых токах температура его повышается быстрее по сравнению с прочими металлами. Увеличение температуры снижает проводимость металла.
Учёные стремятся изобрести метод для снижения температуры влияния на электрическое сопротивление сплавов и повышения их электропроводности, особенно при высоких температурах.
Материаловеды из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США, вероятно, нашли путь к решению этой проблемы.
В статье, опубликованной в журнале Materials & DesignУченые сообщили о сокращении температурного коэффициента электрического сопротивления сплава меди C11000 почти на 11 процентов после добавления к нему графена в количестве 18 частей на миллион. При этом не отмечено снижения электропроводности сплава при повышении температуры.
Графен представляет собой слой углерода, образованный кристаллической решеткой из шестиугольников атомов. Толщина графена равна одной атомной длине.
Открытие в области двигателей электромобилей может повысить электропроводность медной обмотки на 11 процентов, что приведёт к увеличению КПД двигателя на один процент. пояснила Керти Каппагантула (Keerti Kappagantula). один из авторов исследования.
Разработанные учеными медно-графеновые композиты могут найти применение в различных отраслях.
Медная обмотка используется в сердечниках электродвигателей и генераторов. Новые двигатели работают в узком температурном диапазоне, так как при перегреве электропроводность резко снижается. Благодаря новому медно-графеновому композиту двигатели смогут работать при более высоких температурах без потери электропроводности.
Медь – традиционный материал для провода в жилищах и компаниях. Население городов всё больше увеличивается, следовательно возрастает потребление электроэнергии. Новый композитный провод, имеющий лучшую проводимость, поможет удовлетворить этот спрос за счёт снижения расхода энергии.
Американские учёные подали заявку на патент медно-графенового материала. Прежде чем начать промышленное производство, исследователи проведут испытания на прочность, коррозию и износостойкость.