Снижение веса — общая техническая задача будущего транспорта
Снижение веса транспортных средств не только уменьшает потребление энергии, но и повышает эффективность аккумуляторов и увеличивает дальность поездки. Это ключевая технология, напрямую связанная с устойчивым развитием, поскольку улучшает работу системы в целом и способствует снижению выбросов углекислого газа.
Электродвигатели и углеродные нанотрубки
Электрические двигатели — важный компонент большинства электромобилей, и катушки составляют значительную часть общего веса двигателя.
До сих пор в качестве основного материала для катушек использовались металлы, такие как медь, из-за их высокой электропроводности. Однако у них есть ряд ограничений, таких как трудности с обеспечением ресурсов, волатильность цен и проблемы с весом из-за высокой плотности.
Учёные из Кореи создали электродвигатель с катушками из углеродных нанотрубок
Доктор Дэ-Юн Ким и его команда из Научно-исследовательского института композитных материалов Корейского института науки и технологий (KIST) успешно создали катушку электродвигателя, используя только углеродные нанотрубки (УНТ) без каких-либо металлов.
Команда провела эксперименты, применив катушку из УНТ к двигателю, и обнаружила, что обороты в минуту (RPM) двигателя можно стабильно контролировать в соответствии с входным напряжением. Это демонстрирует, что базовую работу двигателя, который преобразует электрическую энергию в механическую вращательную силу, можно осуществить без использования металла.
Работа опубликована в журнале Advanced Composites and Hybrid Materials.
Углеродные нанотрубки: свойства и применение
Углеродные нанотрубки — это одномерные трубчатые наноматериалы с атомами углерода, расположенными в гексагональной сотовой структуре. Они известны тем, что намного легче обычных металлов, но при этом обладают отличной электропроводностью, механической прочностью и теплопроводностью.
Эти свойства давно привлекают внимание как материал следующего поколения, но УНТ сталкивались с рядом препятствий для промышленного применения в реальных условиях.
Одним из технических препятствий является остаток каталитических металлов, используемых в процессе производства. Они остаются в виде металлических частиц на поверхности УНТ, ухудшая их электрические свойства, что напрямую влияет на работу двигателя. Это затрудняет использование УНТ в высокопроизводительных компонентах.
Новый процесс очистки УНТ
Команда разработала новый процесс очистки УНТ, использующий принцип выравнивания жидких кристаллов — «четвёртого состояния вещества», известного как промежуточное состояние между жидкостью и твёрдым телом. Процесс естественным образом устраняет сильную агрегацию во время выравнивания УНТ, эффективно удаляя металлические частицы, остающиеся на поверхности.
Самое главное, он способен выборочно удалять примеси, не повреждая наноструктуру УНТ, что отличает его от существующих методов очистки в жидкой и газовой фазах. Очищенные УНТ демонстрируют значительное улучшение проводимости, которое можно довести до уровня, пригодного для использования в реальных электродвигателях.
«Разработав новую концепцию высококачественной технологии УНТ, которой раньше не существовало, мы смогли максимизировать электрические характеристики катушек из УНТ для привода электродвигателей без использования металла», — сказал доктор Дэ-Юн Ким из KIST.
«Основываясь на инновациях в области материалов из УНТ, мы возьмём на себя инициативу в локализации таких материалов, как проводящие материалы для аккумуляторов, плёнки для полупроводников и кабели для роботов».