پژوهشگران دانشگاه رایس، کابل هم‌محور کوچکی ابداع کرده‌اند که از میکروخازن‌هایی که در گذشته گزارش شده‌اند، ظرفیت بیشتری دارند. این نانوکابل توسط روش‌های پیشرو مورد استفاده در تحقیقات نوظهور در زمینه گرافن تولیدشده و می‌تواند برای ساخت سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی آینده مورد استفاده قرار گیرد.
نانوکابل‌ها، موهبتی بزرگ برای ذخیره‌سازی انرژی
|
پژوهشگران دانشگاه رایس کابل هم‌محور کوچکی ابداع کرده‌اند که از میکروخازن‌هایی که در گذشته گزارش شده‌اند، ظرفیت بیشتری را دارا هستند. این نانوکابل توسط روش‌های پیشرو مورد استفاده در تحقیقات نوظهور در زمینه گرافن تولیدشده و می‌تواند برای ساخت سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی آینده مورد استفاده قرار گیرد. همچنین می‌تواند در اتصال اجزا در پردازنده‌های آزمایشگاه روی یک تراشه مورد استفاده واقع شود.
شماتیکی از نانوکابل جدید دانشگاه رایس.
جان لو استاد مهندسی مکانیک و علوم مواد در دانشگاه رایس و یکی از این محققان می‌گوید: «ما در ابتدا هیچ انتظاری برای تولید این محصول نداشتیم. تنها از روی کنجکاوی و برای اینکه ببینیم اگر سیم‌های کوچک مس، که به عنوان اتصالات داخلی شناخته می‌شوند، را با لایه نازکی از کربن بپوشانیم از نظر الکتریکی و مکانیکی چه روی خواهد داد، کار را آغاز کردیم.»
این کابل هم‌محور و کوچک از نظر ظاهری شباهت بسیاری با کابلی دارد که سیگنال‌های تلویزیونی را به هزاران خانه و دفتر کار منتقل می‌کند. مرکز این کابل یک سیم جامد از جنس مس است که توسط لایه نازکی از عایق اکسید مس پوشیده شده است. لایه سوم یک رسانای دیگر است که لایه دوم را پوشانده است. در کابل‌های تلویزیونی لایه سوم مجددا از جنس مس است اما در این نانوکابل‌ها این لایه، لایه نازکی از کربن با ضخامت تنها چند اتم است.
این کابل نانومتری ضخامتی در حد ۱۰۰ نانومتر دارد. از آنجا که این کابل هم‌محور ابزار اصلی در ارتباطات تلگرافی است، این ساختار سه لایه‌ای فلز، عایق، فلز می‌تواند به عنوان افزاره‌های ذخیره‌سازی انرژی بنام خازن مورد استفاده قرار گیرد.
نانوکابل سه لایه هم‌محور که حاوی سیم مسی جامدی است که با لایه‌ای از اکسید مس پوشانده شده و آن نیز با لایه‌ای کربن با ضخامت تنها چند اتم محصور شده است.
برخلاف باطری‌ها که برای نگهداری و تامین الکتریسیته بر اساس واکنش‌های شیمیایی عمل می‌کنند، خازن‌ها از میدان‌های مغناطیسی برای این کار بهره می‌برند. یک خازن دارای دو اتصال الکتریکی است که یکی مثبت و دیگری منفی است و توسط لایه عایق نازکی از یکدیگر جدا شده است. جداسازی دو اتصال شارژ شده متضاد، یک پتانسیل الکتریکی ایجاد می‌کند که با افزایش بارهای الکتریکی جدا شده افزایش می‌یابد و با افزایش فاصله بین آن دو – که توسط لایه عایق پر شده است – کاهش می‌یابد. نسبت بین چگالی بار و فاصله جداسازی بیانگر ظرفیت خازن بوده و کارآیی خازن با آن سنجیده می‌شود.
در این مطالعه گزارش شده است که ظرفیت خازن در این نانوکابل حداقل ۱۰ برابر بیش از مقداری است که در خازن‌های الکترواستاتیک کلاسیک مورد انتظار است. ظرفیت خازن در نانوکابل‌های جدید تا ۱۴۳ میکروفاراد در سانتی‌متر مربع است که از بهترین نتایج بدست آمده توسط میکروخازن‌ها بالاتر است.
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nature Communications منتشر کرده‌اند. |
