20:51 2022-06-29
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Gătirea unei alternative conductive la cuprul cu aluminiu
_ Prepararea unui conductiv alternativă la cuprul cu aluminiu
În lumea electricității, cuprul este regele — deocamdată. Acest lucru s-ar putea schimba odată cu noi cercetări de la Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), care oferă o rețetă pentru a crește conductivitatea aluminiului, făcându-l competitiv din punct de vedere economic cu cuprul. Această cercetare deschide ușa unor experimente care, dacă ar fi realizate pe deplin, ar putea duce la o alternativă ultraconductivă a aluminiului la cupru, care ar fi utilă pe piețe dincolo de liniile de transmisie, revoluționând vehiculele, electronicele și rețeaua electrică.
„Dacă ai putea face aluminiul mai conductiv – chiar și cu 80% sau 90% la fel de conductiv ca cuprul? Ai putea înlocui cuprul și asta ar face o diferență enormă, deoarece aluminiul mai conductiv este mai ușor, mai ieftin și mai abundent”, a spus Keerti Kappagantula. , om de știință al materialelor PNNL și coautor al cercetării. „Aceasta este problema generală pe care încercăm să o rezolvăm.”
Cupru versus aluminiu
Cererea de cupru depășește cu rapiditate disponibilitatea actuală, crescând costurile. Cuprul este un conductor electric excelent - este folosit în orice, de la electronice portabile până la cabluri de transmisie subacvatice care alimentează internetul - dar nu se poate scăpa de faptul că cuprul devine din ce în ce mai puțin disponibil și mai scump. Se așteaptă că aceste provocări se vor înrăutăți odată cu creșterea numărului de vehicule electrice (EV), care au nevoie de două ori mai mult cupru decât vehiculele tradiționale. În plus, cuprul este greu, ceea ce reduce eficiența vehiculelor electrice.
Aluminiul este doar cu o treime din prețul și greutatea cuprului, dar este doar aproximativ 60% ca conductiv. Conductivitatea relativ scăzută a aluminiului poate fi o limitare în unele aplicații din lumea reală.
„Conductivitatea este esențială, deoarece un fir mai ușor cu conducție echivalentă poate fi folosit pentru a proiecta motoare mai ușoare și alte componente electrice, astfel încât vehiculul dvs. să poată pot parcurge distante mai mari”, a spus Kappagantula. „Totul, de la electronicele unei mașini până la generarea de energie, până la transmiterea acelei energie către casa ta prin rețea pentru a încărca bateria mașinii — tot ceea ce funcționează cu electricitate — totul poate deveni mai eficient.”
Creșterea conductibilității aluminiului ar fi fi un schimbător de joc.
„De ani de zile, am crezut că metalele nu pot fi făcute mai conductoare. Dar nu este cazul”, a explicat Kappagantula. „Dacă modificați structura metalului și introduceți aditivii potriviți, într-adevăr îi puteți influența proprietățile.”
Pentru a începe să vă dați seama cât de mult ar putea fi crescută conductivitatea aluminiului, Kappangantula și cercetătorul post-doctoral PNNL Aditya Nittala a făcut echipă cu profesorul distins David Drabold și studentul absolvent Kashi Subedi de la Universitatea Ohio pentru a identifica efectele temperaturii și a defectelor structurale ale conductivității aluminiului și pentru a dezvolta o rețetă atom cu atom pentru a crește conductivitatea acestuia.
Un model de succes
Acest tip de simulare moleculară nu a mai fost făcut niciodată pentru metale, așa că cercetătorii au trebuit să fie creativi. Ei au căutat inspirație la semiconductori, deoarece cercetările anterioare au simulat cu succes conductivitatea acestor materiale pe bază de siliciu și a unor oxizi de metal. Echipa a adaptat aceste concepte pentru a lucra cu aluminiu și a simulat ce s-ar întâmpla cu conductivitatea metalului dacă atomii individuali din structura sa ar fi îndepărtați sau rearanjați. Aceste mici modificări au adus câștiguri mari în conductivitate totală.
Abilitatea modelului de a simula condițiile din lumea reală a surprins chiar și echipa. „Nu ne-am gândit că aceste rezultate vor fi atât de apropiate de realitate”, a spus Kappagantula. „Această simulare a modelului care se bazează pe structura atomică și pe diferitele sale stări este atât de precisă – mi-am spus: „Uau, asta este exact la țintă”. Este foarte incitant.”
Cu o rețetă teoretică pentru a modifica conductivitatea metalului acum clară, cercetătorii plănuiesc să vadă cât de mult pot crește conductivitatea aluminiului în laborator pentru a potrivi teoria cu rezultatele experimentale. Ei explorează, de asemenea, posibilitatea de a crește conductivitatea altor metale folosind aceleași simulări.
Cercetarea este publicată în Physical Review B, iar echipa se așteaptă ca mai mult aluminiu conductiv să aibă implicații de anvergură - orice aplicația care utilizează electricitate sau cupru ar putea beneficia de pe urma dezvoltării unui aluminiu accesibil, ușor și ultraconductiv.
Comentarii:
Adauga Comentariu