Supervodivá měď. Kredit: Andrea Starr/Pacific Northwest National Laboratory.

O grafenu, tedy 2D formě uhlíku s téměř magickými vlastnostmi, jsme už toho slyšeli hodně. Některé aplikace vznikly, řada nadějí se (zatím) nenaplnila. V poslední době se stále častěji objevují aplikace, v nichž grafen funguje jako vzácná přísada, takový kámen mudrců jednadvacátého století. Do běžného materiálu, jako je třeba beton, se přimíchá nevelké množství grafenu. Vlastnosti materiálu se pak změní, jako kouzlem. Například beton se stane mnohem pevnějším.

Keerti Kappagantula. Kredit: PNNL.

Specialistka na pokročilé výrobní postupy Keerti Kappagantulaová z amerických laboratoří Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) a její kolegové přišli na to, že když se přimíchá správné množství grafenu do mědi pro výrobu elektrických vodičů, vznikne materiál, která má podstatně lepší elektrické vlastnosti. Ukázalo se, že přidání grafenu zlepšuje teplotní součinitel elektrického odporu. To je veličina, která vyjadřuje vztah odporu elektrického vodiče k teplotě.

S rostoucí teplotou se odpor elektrického vodiče obvykle zvyšuje. Badatelé se snažili vyhovět poptávce po nových materiálech, které by si udržely slušnou vodivost i za vysoké teploty. Teď, jak se zdá, této poptávce opravdu vyhověli, s použitím platformy pro pokročilou výrobu ShAPE.

Logo. Kredit: PNNL.

Když Keerti Kappagantulaová a spol. přimíchali do mědi na elektrické vodiče 18 ppm (parts per million) grafenu, poklesl teplotní součinitel elektrického odporu mědi o 11 procent, aniž by došlo ke snížení elektrické vodivosti za pokojové teploty. Je to relevantní například pro výrobu motorů elektromobilů, u nichž použití takto upravené mědi zvýší účinnost motoru zhruba o 2 procenta.

Jak říká Kappagantulaová, jejich objev je v rozporu s tím, co obvykle víme o chování kovových vodičů. Pokud je ke kovu na výrobu vodičů přimíchán nějaký další materiál, obvykle to znamená, že se teplotní součinitel elektrického odporu dotyčného kovu zvýší a kov s příměsí se zahřívá rychleji než původní kov. Je pozoruhodné, že se měď s grafenem chová opačně.

Technologie, na kterou si již vědci podali patentovou přihlášku, by mohla mít zářnou budoucnost. Podle Kappagantulaové se jejich nový kompozit mědi a grafenu může uplatnit prakticky všude, kde se vede elektřina. Použití nového materiálu přitom nabízí větší volnost při vývoji designů, které již nemusejí být vázány na úzké rozmezí teplot. Týká se to třeba elektrických motorů nebo generátorů. Tvůrci mědi s grafenem si dělají zálusk i na koncové přípojky v rozvodné síti a řadu dalších aplikací.

Video: Artificial intelligence can guide manufacturing technology research

Literatura

PNNL 20. 12. 2023.

Materials & Design 237: 112555.