Inżynierowie z KIST (Korea Institute of Science and Technology) zbudowali funkcjonalny demonstrator ultralekkiego silnika elektrycznego z uzwojeniem wykonanym z nanorurek węglowych.
Wychodząc z założenia, że zamiana metalu, z którego konwencjonalnie wykonywane jest uzwojenie silników elektrycznych, na alternatywny, lekki materiał, przyczyniłaby się do znacznej redukcji masy silnika, koreańscy inżynierowie rozpoczęli poszukiwania odpowiedniego materiału. Ich wybór padł na nanorurki węglowe CNT.
Nanorurki to odmiana alotropowa węgla, o heksagonalnej strukturze krystalicznej, zwiniętej w rurki o nanometrycznej średnicy. Wykazują się one przewodnością elektryczną, wytrzymałością mechaniczną i przewodnością cieplną, co oznacza, że idealnie nadają się do tego typu zastosowań. Niestety, pozostające na powierzchni rurek śladowe ilości metalowych katalizatorów, stosowanych w procesie produkcyjnym, znacznie pogarszają ich właściwości elektryczne.
W celu uzyskania jakościowego surowca, koreańscy badacze opracowali metodę oczyszczania nanorurek z pozostałości katalizatorów pozostałych po reakcji otrzymywania. Optymalne warunki do procesu oczyszczania występują w fazie ciekłokrystalicznej, w której cząsteczki materiału wykazują zarówno częściową swobodę przemieszczania się, niczym w cieczy, jak i uporządkowanie dalekiego zasięgu, typowe dla ciał stałych o strukturze krystalicznej.
Oczyszczone nanorurki charakteryzują się o 133% lepszą przewodnością elektryczną od typowych CNT. Spleciony z nanorurek drut uzwojenia w osnowie polimerowej typu CSCEC (core-sheath composite electric cable) okazał się pięciokrotnie lżejszy od miedzianego. Silniczek elektryczny z tak otrzymanym uzwojeniem okazał się w pełni funkcjonalny, wykazując stabilną zależność między napięciem a prędkością obrotową.
Prezentowane odkrycie może przyczynić się do rozwoju technologii kompozytowych przewodów elektrycznych, oferujących wzrost efektywności napędów elektrycznych, uzyskany dzięki redukcji masy silników i okablowania.
Ryu, KH., Lee, D., Kim, M.J. et al.: Core-sheath composite electric cables with highly conductive self-assembled carbon nanotube wires and flexible macroscale insulating polymers for lightweight, metal-free motors. Adv Compos Hybrid Mater 8, 230 (2025)
