Sciencemag.cz
Doporučujeme
Zvýšení vodivosti měděných drátů o 5 % by do budoucna mohlo např. zefektivnit provoz elektromobilů. Nový materiál zkoumaný na Pacific Northwest National Laboratory byl již otestován ve spolupráci General Motors. Ukázalo se, že modifikovaná měď má rovněž vyšší tažnost, tj. drát lze natáhnout o větší procento jeho původní délky, než se přetrhne. Ostatní mechanické vlastnosti zůstaly oproti normální mědi víceméně beze změn a kompozitní materiál se dá také normálně svařovat a pájet. Pro výrobu motorů nebo jiných součástek proto nebude nutné vyvíjet žádné nové technologické postupy.
Nový materiál by mohl nahradit měď i v roli vodiče pro přenos energie (včetně podmořských kabelů), v elektronice, bezdrátových nabíječkách nebo bateriích. Ve všech těchto případech by výsledkem měla být menší hmotnost a/nebo vyšší účinnost systému. Proces již patentovaný Pacific Northwest National Laboratory autoři označují jako ShAPE: Shear Assisted Processing and Extrusion (zpracování a vytlačování pomocí smyku). Finální předmět vzniká tak, že se kompozit protlačovaný přes příslušnou matrici otáčí, přitom se v důsledku mechanických deformací materiál zahřívá a změkčuje, což usnadňuje jeho tvarování do finální podoby (dráty, trubky, tyče nebo i složitější struktury). Nejde ovšem jen o snadnost tvarování (viz dále).
Samotná směs mědi s grafenem byla z hlediska elektrických vlastností zkoumána už dříve, ale dosud se tímto způsobem daly vyrábět pouze speciální struktury, jako jsou tenké filmy nebo jejich vrstvy. Příslušný postup byl navíc nákladný a časově náročný, naopak nová metoda má být levná, snadno škálovatelná a použitelná prakticky všude tam, kde se dosud uplatňovala měď.
Samotná příprava směsi z mědi a grafenu nedává ideální výsledky. Po přidání grafenu bez dalších úprav vznikne směs s nerovnoměrným složením, která navíc obsahuje póry. I zde ale hraje roli proces ShAPE: při kroucení a protlačování se grafen v kovu rozddistribuuje rovnoměrně; teprve takto homogenní směs má lepší elektrickou vodivost než původní měď. Při rovnoměrném rozložení grafenu ho ke zlepšení vodivosti o 5 % stačí přidat jen velmi málo – asi 6 dílů grafenových vloček na milion dílů mědi – takže by samotná cena grafenu neměla materiál ani příliš prodražit. Autoři výzkumu dodávají, že konkurenční metody vyžadují grafenu mnohem více a často přitom vodivost mědi stejně zvýší méně.
Zdroj: Pacific Northwest National Laboratory / Phys.org
