نانو لوله های کربنی CNTs و کاربرد های مختلف آن در شبکه های توزیع برق (بر پایه دکترای نانو _ میکرو الکترونیک) (دکترای آموزشی _ پژوهشی)

پژوهشگر و نویسنده: دکتر (  افشین رشید )

نکته : استفاده از تکنولوژی های نانو در خطوط انتقال برق ضمن افزایش قابلیت اطمینان شبکه از تلفات انرژی تا حد قابل توجهی کاسته و انجام  انتقال برق را آسانتر میکند. یکی از فناوری های پر کاربرد در صنعت برق نانو لوله های کربنی CNTs می باشد که استوانه ای توخالی با جنس دیواره اتم های کربن است. 

سیم های نانو لوله کربنی تاثیر مهمی در افزایش رسانایی الکتریکی و استحکام مکانیکی دارند. رسانایی کابل های نانو لوله کربنی را می توان با دوپ کردن با عنصر ید به بالاتر از فلزاتی همچون مس و آلومنیم رسانید. و در حالی که وزن آنها خیلی کمتر و در حدود یک ششم سیم های فلزی می باشد. استحکام کششی خارجی ترین جداره یک نانو لوله کربنی CNTs (چند دیواره) صد برابر بیشتر از آلومنیم است. کربن یکی از عناصر شگفت انگیز طبیعت اسـت کـه بـه چهـار صـورت در طبیعت یافت می شود. که هر چهار شکل جامد بوده و شامل گرافیت الماس نانو لوله و باکی بال می باشد. اندازه و شکل فیزیکی نـانو مـواد و چگـونگی پیوند بین اتمی آنها تاثیر بسیاری بر خواص مواد مـی گـذارد؛ مهـمتـرین خاصیت فیزیکی نانو لوله ها،«هدایت الکتریکی» آنهاسـت. هـدایت الکتریکـی نانو لوله ها بسته به زاویه و نوع پیونـدها، از دسـتهای بـه دسـته دیگـر کـاملاً متفاوت است؛ هر اتم در جایگاه خود در حال ارتعاش است، وقتی کـه یـک الکترون (یا بار الکتریکی) وارد مجموعه ای از اتم ها میشود، ارتعاش اتمها بیشتر شده و در اثر برخورد با یکـدیگر بـار الکتریکـی وارد شـده را انتقـال میدهند. هرچه نظـم اتـم هـا بیشـتر باشـد، هـدایت الکتریکـی آن دسـته از نانو لوله ها بیشتر خواهد بود. تقسیم بندی بر اسـاس نظـم اتمهـای کـربن در نانو لوله و در نتیجه رسانایی آنها انجام شده است؛ بـرای مثـال نانولولـه نـوع صندلی 1000 بار از مس رساناتر است، در حالی کـه نـوع زیگـزاگ و نـوع نامتقارن نیمه رسانا هستند. خاصیت نیمه رسانایی نانو لوله ها بسـته بـه نـوع آنها تغییر می کند. بسیاری از کاربردهای نانو لوله کربنی تاکنون بر کاربردهای مقیاس کوچک متمرکز بوده است. 

 میتوان از  خاصیت نانو لوله های CNTs به عنوان خطوط انتقال برق و بنیانی بـرای مـواد سـاختاری اشـاره کرد.میتوان با استفاده از محلول سوپراسـیدی، الیـاف نانو لولـه ای کربنـی بـه طول چند صد متر تولید کرد.

انتقال و توزیع انرژی الکتریکی بوسیله  ساختار نانو لوله های  کربنی CNTs

رسانایی الکتریکی کابل های نانو لوله ای میتواند در حد رسانایی سیم های فلزی باشد، در حالیکه وزن آنها بسیار کمتر است. با نانو لوله های کربنی دو جداره  کابل انتقال برق ساخت و در ولتاژ استاندارد شبکه انتقال جریان را انجام داد. کابل های بسیار رسانای مبتنی بر نانو لوله های کربنی میتوانند کارایی همانند کابل های فلزی مرسوم داشته باشد و در همان حال وزن آنها حدود یک ششم باشد. این کابلها را میتوان در کاربرد های نظیر صنایع هواپیمایی و خودروسازی که در آنها وزن یک فاکتور مهم است، بطور گسترده استفاده کرد.

نتیجه گیری : 

کابلهای ساخته شده بوسیله نانو لوله های CNTs خالص بافته شده اند و میتوان آنها را بدون از دست دادن رسانایی شان بهم گره زد. برای افزایش رسانایی و پایداری این کابل ها، نانو لوله ها را  با عنصر ید میتوان دوپ کرد. نسبت ضریب رسانایی به وزن که ضریب رسانایی ویژه نامیده میشود، برای این نانو لوله در مقایسه با فلزاتی مانند مس و نقره بالاتر است. و کار انتقال جریان در شبکه را آسان تر و میزان اتلاف جریان در انتقال کمتر میباشد.

پژوهشگر و نویسنده: دکتر (  افشین رشید )