Wetenschappers van Rice University hebben een cruciale doorbraak bereikt in de ontwikkeling van een kabel die een efficiënt elektriciteitsnet van de toekomst mogelijk zal maken.

Fauteuil quantum wire (AQW) zal een weefsel zijn van metalen nanobuisjes die elektriciteit kunnen transporteren met verwaarloosbaar verlies over lange afstanden. Het zal een ideale vervanging zijn voor het op koper gebaseerde netwerk van het land, die elektriciteit lekt met een geschatte 5 procent per 100 mijl transmissie, zei Rijstchemicus Andrew R. Barron, auteur van een paper over de laatste stap voorwaarts die online is gepubliceerd door het tijdschrift American Chemical Society Nano-brieven.

Een eerste technische hindernis bij de ontwikkeling van deze "wonderkabel, "Barron zei, is de vervaardiging van enorme hoeveelheden metalen enkelwandige koolstofnanobuizen, nagesynchroniseerde fauteuils vanwege hun unieke vorm. Fauteuils zijn het beste voor het dragen van stroom, maar kan nog niet alleen worden gemaakt. Ze groeien in batches met andere soorten nanobuisjes en moeten worden gescheiden, wat een moeilijk proces is, aangezien een mensenhaar 50 is, 000 keer groter dan een enkele nanobuis.

Het laboratorium van Barron demonstreerde een manier om kleine batches individuele nanobuisjes te nemen en ze aanzienlijk langer te maken. Ideaal, lange fauteuil nanobuizen kunnen worden gesneden, opnieuw gezaaid met katalysator en voor onbepaalde tijd opnieuw gekweekt.

Het artikel is geschreven door afgestudeerde student en eerste auteur Alvin Orbaek, student Andrew Owens en Barron, de Charles W. Duncan Jr.-Welch hoogleraar scheikunde en een hoogleraar materiaalkunde.

Amplificatie van nanobuisjes werd door wijlen Rice-professor gezien als een belangrijke stap in de richting van de praktische productie van AQW. nanotechnologiepionier en Nobelprijswinnaar Richard Smalley, die nauw samenwerkte met Barron en Rice-chemicus James Tour, de T.T. en W.F. Chao-leerstoel in de chemie en hoogleraar werktuigbouwkunde en materiaalkunde en informatica, om een ​​pad uit te stippelen voor zijn ontwikkeling.

Barron gaf Orbaek de taak om door te gaan toen hij vijf jaar geleden bij het lab kwam. "Toen ik voor het eerst hoorde over Rice University, het was vanwege Rick Smalley en koolstofnanobuisjes, " zei Orbaek, een inwoner van Ierland. "Hij had een grote wereldwijde aanwezigheid met betrekking tot nanotechnologie, en dat bereikte mij.

"Dus ik was verheugd om hier te komen en ontdekte dat ik zou werken aan de groei van nanobuisjes die verband hield met het werk van Smalley."

Orbaek zei dat hij niet ver is afgedwaald van Barrons oorspronkelijke richting, waarbij een ijzer/kobalt-katalysator chemisch aan de uiteinden van nanobuisjes werd bevestigd en vervolgens de temperatuur en de omgeving waarin versterking zou kunnen plaatsvinden, werden verfijnd.

"Mijn groep, met de groep van Smalley en Tour, aangetoond dat je dit kon doen -- maar in de eerste demonstratie, we hebben maar één buis om uit honderden of duizenden te groeien, " zei Barron. Latere experimenten verhoogden de opbrengst, maar de buisgroei was minimaal. Bij andere pogingen, de katalysator zou letterlijk de nanobuisjes opeten - of "etsen", hij zei.

Het proces verfijnen heeft jaren geduurd, maar de uitbetaling is duidelijk omdat tot 90 procent van de nanobuisjes in een batch nu kunnen worden vergroot tot significante lengtes, zei Barron. De nieuwste experimenten waren gericht op enkelwandige koolstofnanobuizen met verschillende chiraliteiten, maar de onderzoekers denken dat de resultaten net zo geweldig zouden zijn, en waarschijnlijk nog beter, met een partij ongerepte fauteuils.

De sleutel was het vinden van de juiste temperatuurbalans, druk, reactietijden en katalysatorverhoudingen om de groei te bevorderen en het etsen te vertragen, zei Barron. Terwijl de eerste groei plaatsvond op 1, 000 graden Celsius, de onderzoekers ontdekten dat de versterkingsstap vereiste dat de temperatuur met 200 graden moest worden verlaagd, naast het aanpassen van de chemie om de opbrengst te maximaliseren.

"Waar we naar toe gaan is die goede plek waar de meeste nanobuisjes groeien en geen van hen etst, ' zei Barron.

Wade Adams, directeur van het Richard E. Smalley Institute for Nanoscale Science and Technology van Rice en hoofdonderzoeker van het AQW-project, vergeleek de techniek met het maken van zuurdesembrood. "Je maakt een kleine batch pure metallics en versterkt dat enorm om een ​​grote hoeveelheid te maken. Dit is een belangrijke stap in de ontwikkeling van de wetenschap om AQW te maken.

Adams merkte op dat acht Rice-professoren en tientallen van hun studenten werken aan aspecten van AQW. "We weten hoe we nanobuisjes tot vezels kunnen spinnen, en hun eigenschappen verbeteren ook snel, " zei hij. "Dit alles moet nu samenkomen in een groots programma om kwantumdraden om te zetten in een product dat enorme hoeveelheden elektriciteit over de hele wereld zal vervoeren."

Barron en zijn team blijven hun proces verfijnen en hopen dat ze tegen het einde van de zomer kunnen beginnen met het versterken van fauteuilnanobuisjes met als doel grote hoeveelheden pure metalen te maken. "We leren altijd meer over de mechanismen waarmee nanobuisjes groeien, " zei Orbaek, die het eindspel ziet als de ontwikkeling van een enkele oven om nanobuisjes helemaal opnieuw te laten groeien, sluit ze af met een nieuwe katalysator, versterk ze en zet een gestage stroom vezels voor kabels uit.

"Wat we hebben gedaan is een babystapje, "zei hij. "Maar het bevestigt dat, op het grote plaatje, fauteuil kwantumdraad is technisch haalbaar."

Orbaek zei dat hij verheugd is een rol te spelen bij het bereiken van versterking, die Smalley als noodzakelijk beschouwde voor zijn droom van een efficiënt energienetwerk dat oplossingen voor veel van de wereldproblemen zou katalyseren.

"Ik zou hem nu graag willen ontmoeten om te zeggen:'Hallo, Mens, je had gelijk, '" hij zei.