موتور برقی با نخ نانویی، پنج‌برابر سبک‌تر برای پهپادها و خودروهای برقی

دانشمندان در کره جنوبی موتوری ساخته‌اند که به‌جای سیم‌های مسی از نخ‌های نانولوله‌ کربنی استفاده می‌کند. این موتور پنج برابر سبک‌تر از نمونه‌های معمولی است اما بازده مشابهی دارد. اگر این فناوری تجاری‌سازی شود، پهپادها بیشتر پرواز می‌کنند، خودروها کمتر انرژی مصرف می‌کنند و موتورهای هواپیما سبک‌تر می‌شوند.

کد خبر: ۸۱۵۴۵۳

تاریخ: ۱۰ تير ۱۴۰۴ - ۰۸:۳۴

به گزارش روز سه‌شنبه گروه علمی ایران اکونومیست از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، در تلاشی نوآورانه برای کاهش وزن موتورها و افزایش کارایی آن‌ها، تیمی از دانشمندان «مؤسسه علوم و فناوری کره» (KIST) به سرپرستی دائه‌یون کیم (Dae-Yoon Kim) موفق به ساخت موتوری الکتریکی شده‌اند که به‌جای استفاده از سیم‌پیچ‌های مسی، از رشته‌هایی بافته‌شده از نانولوله‌های کربنی (Carbon Nanotubes – CNT) بهره می‌برد.

مس، با وجود رسانایی بالایش، فلزی سنگین و گران‌قیمت است که استخراج آن نیز هزینه‌ زیست‌محیطی دارد. از سوی دیگر، نانولوله‌های کربنی ساختاری استوانه‌ای از اتم‌های کربن دارند که در کنار سبکی خیره‌کننده، رسانایی الکتریکی بالایی نیز از خود نشان می‌دهند. اما استفاده از آن‌ها در سیم‌پیچی موتورها تاکنون با یک مشکل بزرگ روبه‌رو بوده است: ناخالصی‌های فلزی.

در فرآیند سنتی تولید نانولوله‌ها، ذرات فلزی (معمولاً آهن) برای رشد این ساختارها به‌عنوان کاتالیزور استفاده می‌شوند. اما همین ذرات پس از تولید، به سطح نانولوله‌ها می‌چسبند و رسانایی آن‌ها را به‌شدت کاهش می‌دهند. راه‌حل‌های موجود برای پاک‌سازی این ناخالصی‌ها، معمولاً به ساختار ظریف نانولوله‌ها آسیب می‌زنند و به همین دلیل، تا کنون استفاده عملی از آن‌ها در موتورها ممکن نشده بود.

در این پژوهش، تیم کره‌ای راه‌حلی هوشمندانه ارائه کرده است: استفاده از “کریستال مایع لیوتروپیک” برای پاک‌سازی سطح نانولوله‌ها. این روش، که این تیم تحقیقاتی آن را “LAST” (Lyotropic Liquid Crystal-Assisted Surface Texturing) می‌نامد، شامل حل‌کردن نانولوله‌های خام در یک اسید بسیار قوی (کلروسولفونیک اسید) و سپس افزودن آب برای ایجاد اسید هیدروکلریک در محل و از بین بردن ناخالصی‌ها است.

در نتیجه، نانولوله‌های کاملاً خالصی به‌دست آمد که رسانایی آن‌ها ۱۳۳ درصد افزایش یافته است. این نانولوله‌ها سپس به رشته‌های مداوم تابیده و درون یک پلیمر عایق انعطاف‌پذیر پیچیده شدند تا یک کابل الکتریکی سبک و بدون فلز به نام «کامپوزیت هسته-پوشش» شکل گیرد.

از این کابل‌ها برای ساخت یک موتور استفاده شد. نتیجه کار، موتوری است که بیش از یک ساعت به‌طور پایدار کار می‌کند. گرچه قدرت آن هنوز به‌اندازه یک موتور مسی نبود، اما به‌دلیل وزن پنج‌برابری کمتر، عملکرد آن بر حسب “سرعت چرخش به‌ازای هر گرم سیم‌پیچ” با موتور مسی برابر بود.

این پیشرفت علمی می‌تواند انقلابی در طراحی موتورهای آینده ایجاد کند، به‌ویژه در صنایعی از پهپادها گرفته تا خودروهای الکتریکی و صنایع هوافضا که وزن، نقش حیاتی دارد.

مساله اصلی در حال حاضر، «مقیاس‌پذیری» است. آیا می‌توان این فناوری را در سطح صنعتی پیاده‌سازی کرد؟ خوشبختانه پاسخ امیدوارکننده است. روش تولید نانولوله‌ها که در این پروژه استفاده شده، قابلیت تولید انبوه دارد و هم‌اکنون نیز هزاران تن نانولوله‌ کربنی در جهان تولید می‌شود. به‌این‌ترتیب، مسیر برای تجاری‌سازی این موتورها هموارتر از گذشته خواهد بود.

کیم در پایان اعلام کرد: ما بر پایه این نوآوری در مواد نانولوله‌کربنی، قصد داریم در بومی‌سازی مواد رسانا برای باتری‌ها، پوشش‌های نیمه‌هادی و کابل‌های رباتیک پیشگام شویم.