Крошечный кабель может быть большим подспорьем для хранения энергии

Источник: foronanotecnologia

Благодаря счастливой случайности специалисты Университета Райса (Хьюстон, США) создали коаксиальный нанокабель с уникальными свойствами. Как отмечает один из авторов проекта, доцент машиностроения Лю Чжэн, первоначально ученые ставили перед собой задачу создания тончайших проволок из чистой меди, тонким слоем углерода. Технология изготовления проводников диаметром несколько нанометров хорошо известна. Она широко используется в современной электронике. Чтобы покрыть проволоку углеродом, ученые использовали еще одну известную методику — химическое осаждение паров (CVD). Данный способ применяется, в частности, для получения листов графена на пленках меди. Но в итоге образовался не двухслойный, а трехслойный кабель — на границе между углеродом и медью возник тончайший слой оксида меди.

Получив такой неожиданный результат, Лю Чжэн решил изучить опыт других исследователей, занимавшихся осаждением графена на меди. Оказалось, что многие специалисты сталкивались с явлением окисления меди во время процедуры CVD, но не придали ему большого значения. В конце концов, для них главной целью работы был графен, а медь использовалась только как платформа для его получения. Коаксиальные кабели с трехслойной структурой (проводник — диэлектрик — проводник) используются в основном для организации широкополосной передачи данных. Но они могут стать основой систем хранения энергии, так как их строение аналогично строению конденсатора. Эффективность конденсаторов определяется их емкостью, которая равна отношению плотности заряда к толщине диэлектрического слоя.

Емкость полученных нанокабелей составила 143 мкФ/см2. Этот показатель примерно в 10 раз выше того значения, которое получается при расчете системы по принципам классической электростатики. По словам Лю Чжэна, такая высокая электроемкость кабеля обусловлена квантовыми эффектами, возникающими из-за крошечных размеров слоев проводника и изолятора. Кабель толщиной 100 нм (в тысячу раз меньше человеческого волоса) обладает характеристиками, значительно превышающими параметры самых современных микроконденсаторов. Лю Чжэн считает, что, собрав миллионы таких кабелей в один массив, можно построить крупномасштабные системы хранения энергии. Также коаксиальный нанокабель может быть использован для передачи радиосигналов в наномасштабных приборах — в частности, в устройствах типа «лаборатория на чипе».