نانوتکنولوژی در حال تغییر جهان به شکلی فراتر از تصور است. نانوتکنولوژی به موادی در صنعت گفته می‌شود که در ابعاد یک میلیاردم متر هستند. در واقع این مواد نانومتری برای ایجاد خواص و کاربردهای مختلف تولید می‌شود. در این مقاله سعی داریم به مهم‌ترین دستاوردهای تکنولوژی نانو در تولید سیم و کابل بپردازیم.
نانوتکنولوژی لوله‌های کربنی در تولید سیم
پوشش نانو باعث می‌شود کابل‌های کواکسیال سبک‌تر شود
روکش صنعتی با استفاده از نانوتکنولوژی
نوآوری در ابررسانا که می‌تواند الکترونیک را برای همیشه تغییر دهد
سنسورهای نانو برای تشخیص مشکلات کابل‌های زیرزمینی
نانوتکنولوژی لوله‌های کربنی
الیاف نانولوله کربنی یکی از مهم‌ترین دستاوردهای این فناوری است. این نانولوله‌ها در صنعت کاربردهای چشم‌گیری یافته‌اند. الیاف نانولوله کربنی (CNT) با رسانایی الکتریکی بالا و به مراتب بهتر از مس تأثیر قابل توجهی در کاهش تلفات انرژی دارند.
با فرض 1٪ راندمان رسانایی نانولوله به نانولوله بر روی الیاف و تراکم فشرده‌سازی 2 CNTs در سانتی‌متر مربع، جریانی که نانولوله‌های کربن با سرعت جریان 5 میلیون آمپر انتقال می‌دهد برابر با 5 برابر بهترین ظرفیت انتقال ابررسانا است.
در این مواد گرما کم است. با استفاده از فناوری فعلی، تلفات خط انتقال حدود 5 درصد است و این تلفات را 5 درصد کاهش می‌دهد و باعث صرفه‌جویی در انرژی سالانه می‌شود. این کاهش تلفات همچنین باعث صرفه‌جویی قابل توجهی در مصرف زغال سنگ و گاز و کاهش انتشار کربن در صنعت برق می‌شود.
توسعه این ماده در بازارهای جهانی نیز قابل توجه است. به عنوان مثال، انتظار می‌رود تقاضای جهانی برای فیبر کربن از 4000 تن در سال به بیش از 6000 تن در سال رشد کند.
علاوه بر هدایت الکتریکی در نانولوله‌های کربنی، از مقاومت مکانیکی بسیار مناسبی برخوردار هستند (به قوی‌ترین نوع فولادها)، که همچنین باعث خواص مکانیکی خوبی این ماده می‌شود.
نانوکامپوزیت‌های مبتنی بر مواد پلیمری و نانوذرات خاک رس نیز می‌توانند برای بهبود خاصیت عایق‌بندی پوشش الکتریکی مورد استفاده قرار گیرند. این کامپوزیت‌ها مواد علاوه بر خواص مکانیکی خوب، دارای خواص دیگری مانند مقاومت بالا در برابر آتش برای عایق‌بندی نیز هستند.
پوشش نانو باعث می‌شود کواکسیال سبک‌تر شود
کابل‌های کواکسیال مشترک با یک هادی خارجی جدید مبتنی بر نانو تولید‌شده توسط دانشمندان دانشگاه رایس می‌توانند 50 درصد سبک‌تر شوند.
آزمایشگاه رایس پروفسور Matteo Pasquali یک روکش را ایجاد کرده است که می‌تواند نوار مسی روکش قلع را جایگزین کند که سیگنال را منتقل می‌کند و سیم را از تداخل الکترومغناطیسی محافظت می‌کند. نوار فلزی سنگین‌ترین جزء کابل‌های داده کواکسیال مدرن است.
این تحقیقات در سال 2016 در ژورنال انجمن شیمی آمریکایی ACS Applied Material and Interfaces منتشر شده است.
تعویض سیم هادی بیرونی با روکش انعطاف‌پذیر و با کارایی بالا، می‌تواند به نفع هواپیماها و فضاپیماها باشد که در آن وزن و قدرت کابل‌های انتقال داده از عوامل مهم عملکرد هستند.
دانشمند Francesca Mirri، نویسنده اصلی مقاله، با تغییر ضخامت نانولوله کربن از پوشش، سه نسخه از کابل جدید را اختراع کرد. وی دریافت که بیشترین ضخامت، حدود 90 میکرون – تقریباً عرض متوسط موهای انسان – برای محافظت از معیارهای لازم مناسب است و همچنین قوی‌ترین نیز است. این تکنولوژی جدید اجازه می‌دهد سیم تا 10.000 بار بدون هیچ آسیبی خم شود.
روکش صنعتی با استفاده از نانوتکنولوژی
Helukabel’s Clean Plus از نانوتکنولوژی برای تکثیر اثر نیلوفر آبی بر روی روکش‌های کابل برای کاهش آلودگی و تماس با کابل برای افزایش طول عمر و عملکرد استفاده می‌کند.
Clean Plus Helukabel یک روکش برای تقویت روند تمیز کردن سطح سیم است که از نانوتکنولوژی برای ایجاد اثر نیلوفر آبی استفاده می‌کند و از چسبندگی مواد مضر مانند روغن، گریس، رنگ و لجن جلوگیری می‌کند.
این سطح باعث می‌شود قطرات آب و ذرات خاکی با تماس محدودی مواجه شوند و از چسبندگی جلوگیری می‌کنند. قطرات آب کروی از بین می‌روند و هرگونه ذره خاک به هم متصل می‌شوند.
نوآوری در ابررسانا که می‌تواند الکترونیک را برای همیشه تغییر دهد
سیم‌های مسی انرژی زندگی ما را تأمین می‌کنند. کابل‌های انتقال دهنده برق ساده، که از دهه 1820 مورد استفاده قرار می‌گرفت، انرژی را به خانه‌های ما می آورد. ارتباطات ما را متصل می‌کند و دستگاه‌های الکترونیکی ما را راه می اندازد.
مرکز فناوری NanoScience راهی برای بهبود سیم مسی معمولی و تبدیل آن به کابل ابررسانا پیدا کرده است. مدیر این مجموعه می‌گوید: “این وسیله می‌تواند قدرت ما در جهان را تغییر دهد.”
فناوری nanowhisker که سیم مس استاندارد را به یک ابررسانا تبدیل می‌کند که قادر به ذخیره و تحویل مقادیر زیادی از انرژی است. این تکنولوژی، فرصت‌های هیجان انگیزی برای نوآوری فناوری تولید کابل و سیم ایجاد می‌کند.
نانوسنسورها برای تشخیص مشکلات کابل‌های زیرزمینی
از سنسورهای نانو می‌توان برای شبکه‌های کابلی هوشمند استفاده کرد تا مشکلات را قبل از وقوع تشخیص دهد. اندازه‌گیری تخریب کابل‌های زیرزمینی یا پایین‌آوردن قیمت سنسورهای شیمیایی که قبلاً برای ترانسفورماتورها در دسترس بود از فواید این تکنولوژی است.
نانوتکنولوژی احتمالاً برای تحقق کامل شبکه هوشمند در آینده نزدیک ضروری خواهد بود. بهره‌وری انرژی روشی برای مدیریت و محدود‌کردن رشد مصرف انرژی است. این یکی از ساده‌ترین و به صرفه‌ترین راه‌های مقابله با تغییرات آب و هوا، بهبود رقابت در مشاغل و کاهش هزینه‌های انرژی برای مصرف‌کنندگان است.
نتیجه‌گیری:
نانوتکنولوژی در صنعت کابل‌ها و سیم‌ها و به طور مشخص در صنعت انرژی تاثیرات چشم‌گیری داشته است. این فناوری کاربردهای گسترده‌ای در تولید کابل با اهداف مختلف دارد. از افزایش رسانایی کابل‌ها برای کاهش اتلاف انرژی گرفته تا نازک‌تر شدن آن‌ها و همچنین طراحی روکش‌های کابل ضد پوسیدگی گوشه‌ای از دستاوردهای نانوتکنولوژی است. استفاده نانوتکنولوژی در صنعت چشم‌انداز روشنی برای بهینه‌سازی انتقال انرژی و در نتیجه کاهش مصرف سوخت وکاهش آلودگی هوا به وجود آورده است.
منابع:
