Меньше вес — больше возможностей. Это правило работает везде: в электромобилях, дронах, космических кораблях. Чем легче транспорт, тем меньше энергии он тратит, дольше держит заряд батареи и дальше едет или летит. Уменьшение веса — ключевая технология для устойчивого развития, ведь она снижает выбросы углекислого газа и повышает эффективность всей системы.

Сердце любого электродвигателя — катушки, которые традиционно делают из меди. Она отлично проводит ток, но у нее есть минусы: медь тяжелая, дорожает, а ее запасы ограничены. Ученые давно искали замену, и теперь, кажется, нашли.

Команда доктора Дэ-Юна Кима из Корейского института науки и технологий (KIST) создала катушки для электродвигателя из углеродных нанотрубок (УНТ) — вообще без металла. И главное — двигатель с ними реально работает. Эксперименты показали, что обороты мотора можно плавно регулировать напряжением, а значит, электричество превращается в движение без меди.

Углеродные нанотрубки (УНТ) — микроскопические трубки из атомов углерода, свернутые в решетку, напоминающую проволочную сетку. Они в десятки раз прочнее стали, легче алюминия и проводят ток почти как медь.

Результаты опубликованы в издании Advanced Composites and Hybrid Materials.

УНТ — это идеальный материал, но на практике его сложно очистить от примесей. В процессе производства на поверхности УНТ остаются частицы металлов-катализаторов, которые ухудшают проводимость.

Ученые придумали новый способ очистки, используя жидкие кристаллы — особое состояние вещества между жидкостью и твердым телом. Метод позволяет убрать металлические примеси, не повреждая структуру нанотрубок. В результате проводимость УНТ резко возрастает, и их можно использовать в реальных электродвигателях.

Что это дает

• Двигатели станут легче и эффективнее.
• Снизится зависимость от меди и других редких металлов.
• Технология пригодится не только в транспорте, но и в батареях, робототехнике, микроэлектронике.

Мы сделали то, что раньше казалось невозможным, — заменили металл в катушках на углеродные нанотрубки, — говорит доктор Ким. — Теперь мы работаем над тем, чтобы применять этот подход в других областях: от аккумуляторов до гибкой электроники.

Главный плюс — снижение веса двигателей без потери эффективности. Это особенно важно для электромобилей и дронов, где каждый грамм влияет на запас хода. Если технология масштабируется, можно будет:

• Увеличить пробег электрокаров без увеличения батареи.
• Создать более легкие и маневренные летательные аппараты.
• Уменьшить стоимость транспорта, так как медь — дорогой и дефицитный материал.

Кроме того, углеродные нанотрубки устойчивее к коррозии, чем медь, а значит, двигатели могут стать долговечнее.

И все же пока неясно, насколько технология готова к массовому производству. Очистка УНТ — сложный процесс, и его стоимость может оказаться выше, чем добыча и обработка меди. Также остается вопрос, как поведет себя материал при длительных нагрузках и перепадах температур в реальных условиях.

Ранее ученые сообщили, что нанотрубки эффективно охлаждают микропроцессоры.