(PhysOrg.com) -- Een team van onderzoekers van UT Dallas, Clemson University en Yale University gebruiken wetenschap op nanoschaal om een ​​van de meest ongrijpbare uitdagingen in de natuurkunde aan te pakken:de ontdekking van supergeleiding bij kamertemperatuur. Met dat als uiteindelijke doel, het team werkt aan de ontwikkeling van supergeleidende draden gemaakt van nanobuisjes die hoge stromen voeren bij de temperatuur van vloeibare stikstof, of hoger.

Met een onderzoeksbeurs van $ 3 miljoen van het Air Force Office of Scientific Research (AFOSR), het team is begonnen aan een vijfjarig project om nieuwe supergeleidende draden uit te vinden op basis van hoogtechnologische nanomaterialen, elk onderdeel duizenden malen kleiner dan een mensenhaar. Dergelijke draden zouden worden gebruikt voor toepassingen variërend van magneten voor magnetische resonantiebeeldvorming tot het vervangen van energieverspillend koper in hoogspanningslijnen.

Terwijl traditionele koperdraden zeer geleidend zijn, ze verliezen kracht door weerstand, wat zich vertaalt in verspilde energie. Supergeleidende materialen zenden kracht uit zonder weerstand, maar ze moeten worden gekoeld tot lage temperaturen.

“In 2011 is het 100 jaar geleden dat supergeleiding werd ontdekt, ” zei Dr. Anvar Zakhidov, een van de onderzoekers van het project en een associate director van het Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute. "Nog altijd, het probleem van het vinden van een supergeleider op kamertemperatuur is niet opgelost, en huidige supergeleiders bij hoge temperatuur worden niet-supergeleidend als de stromen matig zijn. Ook, moderne supergeleidende materialen op hoge temperatuur zijn te broos, duur en gebrekkig in elektronische eigenschappen voor grootschalige toepassing. We hopen die beperkingen te overwinnen door draden te maken van nanobuisjes, met behulp van koolstof nanobuisjes of andere nanobuisjes versterkt door atomen zoals boor, stikstof of zwavel.”

Volgens Zakhidov, die een professor in de natuurkunde is, maar liefst 30 procent van de elektrische energie kan verloren gaan als warmte wanneer elektriciteit door hoogspanningslijnen reist. Supergeleidende materialen beloven enorme milieu- en energiebesparingen.

Onder leiding van Zakhidov en Dr. Ray Baughman, directeur van het NanoTech Instituut, het team van het instituut heeft al pionierswerk verricht om nanomaterialen tot garens te assembleren.

"Het maken van supergeleidende draden en kabels van nanovezels en nanodeeltjes brengt speciale uitdagingen met zich mee die verder gaan dan de ontdekking van nieuwe supergeleiders, ' zei Baughman. "Bijvoorbeeld, voor elk pond supergeleidende draad, het kan nodig zijn om meer dan 3 miljard mijl aan individuele nanobuisjes te assembleren - en het doel is om deze assemblage tegen commercieel bruikbare snelheden te bereiken. Voor deze taak is we bedenken radicaal nieuwe methoden om supergeleidende draden te maken.”

Dr. Lisa Pfefferle, hoogleraar chemische technologie aan de Yale University en lid van het onderzoeksteam, experimenteert met nieuwe soorten nanovezels die door haar team zijn gesynthetiseerd met elementen als boor.

Teamlid Dr. Apparao Rao, hoogleraar natuurkunde aan de Clemson University, heeft al supergeleidende nanobuisjes geproduceerd door een proces dat gepulseerde laserablatie wordt genoemd. Het proces resulteert in koolstofnanobuisjes die "gedoteerd" zijn met boor die supergeleidend zijn bij hogere temperaturen dan andere op koolstof gebaseerde materialen, maar nog steeds bij relatief lage temperaturen.

Dr. Myron Salamon, decaan van de School voor Natuurwetenschappen en Wiskunde, zal de nieuwe supergeleiders van het team evalueren om de maximale temperatuur van supergeleiding te testen als een functie van stroom en overgedragen vermogen, wat een cruciale factor is voor het gebruik van deze materialen in energiesystemen.

“Er is altijd een gevoel geweest dat we supergeleiding kunnen verbeteren door lichtere materialen te gebruiken, ' zei Salamon. "Draden gemaakt van ultralichte nanobuisjes kunnen atomen gemakkelijk laten trillen, wat helpt bij supergeleiding. Er is goed bewijs dat op koolstof gebaseerde materialen, zoals doteerstof gemodificeerde koolstofnanobuizen, zouden goede supergeleiders kunnen zijn.”

Er werden vijf onderzoeksbeurzen toegekend om de ontwikkeling van praktische supergeleiders voor hoge temperaturen te stimuleren. De subsidies worden via de AFOSR beheerd door projectmanager Dr. Harold Weinstock, die heeft geholpen bij het pionieren en ondersteunen van vele andere belangrijke ontdekkingen in de natuurkunde. Volgens Zakhidov, andere universiteiten in de samenwerkingsrace voor supergeleiders zijn de Universiteit van Houston, de Universiteit van Maryland, de Universiteit van Californië, San Diego en Stanford University.

Aangeboden door UT Dallas