Ett lyckligt sammanträffande har gjort att forskare vid Rice University i delstaten Texas i USA lyckats skapa en mikroskopisk koaxialkabel, tusen gånger smalare än ett hårstrå, som tack vare att den har en kapacitans som överstiger den som rapporterats för mikrokondensatorer skulle kunna vara mycket användbar i nästa generations energiförvaringssystem.
Nanokabeln som tagits fram av amerikanska forskare vid Rice University bygger på ny forskning om det revolutionerande ämnet grafen, men är sin storlek till trots ändå förvånansvärt lik de vanliga koaxialkablar som bland annat används som antennsladdar till TV-apparater. Den nya kabelns kärna består av en koppartråd, omgiven av ett tunt lager isolerande kopparoxid. Kabelns tredje lager är återigen ett ledande lager, men till skillnad från det tredje lagret i en antennsladd, som även detta är gjort av koppar, består den nya kabelns tredje lager endast av ett tunt skikt av kolatomer. Hela kabeln är totalt cirka 100 nanometer i diameter.
Det som gör kabeln så användbar är att koaxialkablar förutom att användas som antennsladdar med mera även kan användas i kondensatorer.
Till skillnad från batterier, som lagrar energi på kemisk väg, lagrar kondensatorer energi med hjälp av elektriska fält. En positivt och en negativt laddad elektrisk ledare ger genom att de separeras av ett tunt isolerande lager upphov till en elektrisk potential, som ökar i takt med att laddningarna ökar och att avståndet mellan dem, och därmed det isolerande lagret, minskar. En kondensators effektivitet anges i form av dess kapacitans.
Enligt de amerikanska forskarnas studier gör nanokabelns unika egenskaper att dess kapacitans är tio gånger högre än vad som kan åstadkommas på traditionell väg.
– Ökningen beror med största sannolikhet på kvanteffekter som uppstår på grund av kabelns lilla storlek, säger Pulickel Ajayan, professor i maskinteknik och materialvetenskap vid Rice University.
Enligt Lou skulle nanokablarna kunna utnyttjas för energiförvaring i stor skala genom att miljontals kablar läggs sida vid sida.
Forskarna medger att upptäckten av nanokabeln till stor del var en slump.
– Vi förväntade oss inte att vi skulle skapa det här när vi startade. Från början var vi bara nyfikna på vad som skulle hända elektriskt och mekaniskt om vi tog små koppartrådar, kallade interconnects, och täckte dem med ett tunt lager av kol, säger Jun Lou vid Rice University.
För att täcka koppartrådarna med kolatomer använde forskarna en teknik kallad CVD (Chemical Vapor Deposition), vilket är samma teknik som används för att framställa materialet grafen, ett en atom tjockt lager av kol, på kopparfilm. De upptäckte emellertid någonting de inte förväntat sig.
– Vi fann till slut att ett tunt lager kopparoxid, som fungerade som ett icke-ledande lager, bildades mellan kopparen och kolen, säger Zheng Liu vid Rice University.
Fenomenet hade påträffats tidigare vid grafenproduktion, men de elektriska egenskaperna hade aldrig undersökts noggrannare.
– När folk tillverkar grafen vill de vanligtvis studera grafenet och de är inte särskilt intresserade av kopparen, säger Lou.
