Przewody wykonane z nanorurek węglowych cieszą się dużym zainteresowaniem jako atrakcyjna alternatywa dla miedzianych kabli na potrzeby dystrybucji energii elektrycznej. Zastosowanie nanotechnologii w tym kontekście ma pozwolić na uzyskanie znacznie lżejszych, wytrzymałych przewodów, co w konsekwencji może przełożyć się na redukcję masy statków powietrznych, pojazdów i maszyn.
Odkryte w 1991 roku nanorurki stanowią odmianę alotropową węgla. Podobnie jak grafen, charakteryzują się heksagonalną strukturą krystaliczną, która jednak nie jest płaska, lecz zakrzywiona i zwija się w rolki, tworząc jedno-, dwu- i wielościenne rurki o obiecujących właściwościach. Teoretycznie przewód z nanorurek węglowych mógłby przewodzić prąd o znacznie większym natężeniu niż typowe przewody metalowe o analogicznej masie, lecz w praktyce swobodny transfer ładunków pozostaje ograniczony ze względu na obecność defektów i zanieczyszczeń. Jak wyjaśnia James Elliott z Uniwersytetu Cambridge, kalkulacje wskazują na możliwość osiągnięcia przewodności na poziomie 20÷30 MS/m, w rzeczywistości jednak uzyskiwane przewody z nanorurek węglowych osiągają 1÷3 MS/m, podczas gdy miedź zapewnia przewodność niemal 60 MS/m.
Sposobem na przezwyciężenie ograniczeń nanorurek węglowych w zakresie przewodności elektrycznej może być dodatek odpowiedniej domieszki. Juan José Vilatela z Instytutu Inżynierii Materiałowej IMDEA zdecydował się na ekspozycję dwuściennych nanorurek węglowych na działanie trójchlorku glinu i chloru. W przeciągu doby jony AlCl4– wniknęły do struktury przewodów i zostały związane pomiędzy rurkami na zasadzie interkalacji. Tak domieszkowane nanorurki dwuścienne wykazały przewodność blisko 25 MS/m. W przeliczeniu na jednostkę masy uzyskane wartości przewyższają wydajność kabli miedzianych. Z tak uzyskanych nanorurek możliwe byłoby wyprodukowanie przewodów o pięciokrotnie większej wytrzymałości i dwukrotnie niższej masie niż w przypadku typowych przewodów linii napowietrznych.
Problemem technologicznym pozostaje temperatura, której wzrost może prowadzić do degradacji domieszki. Jak na razie izolowany przewód wykonany w prezentowany sposób zachował 80% początkowej przewodności po upływie 5 dni w atmosferze powietrza o dużej wilgotności. Wyzwaniem pozostaje otrzymanie bardziej stabilnej chemicznie domieszki lub – optymalnie – uzyskanie odpowiedniej przewodności w czystych nanorurkach.
chemistryworld.com
A. I. de Isidro-Gómez et al.: Intercalated carbon nanotube fibers with high specific electrical conductivity, Science 392, 395-400, 2026
