(PhysOrg.com) - Uma equipe de pesquisadores da UT Dallas, A Clemson University e a Yale University estão usando a ciência em nanoescala para enfrentar um dos desafios mais elusivos da física - a descoberta da supercondutividade à temperatura ambiente. Com isso como objetivo final, a equipe está trabalhando para desenvolver fios supercondutores feitos de nanotubos que carregam altas correntes na temperatura do nitrogênio líquido, ou mais alto.

Com uma bolsa de pesquisa de US $ 3 milhões do Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea (AFOSR), a equipe embarcou em um projeto de cinco anos para inventar novos fios supercondutores baseados em nanomateriais altamente projetados, cada componente milhares de vezes menor que um fio de cabelo humano. Esses fios seriam usados ​​para aplicações que vão desde ímãs para imagens de ressonância magnética até a substituição do cobre, que gasta energia, em linhas de transmissão de energia.

Embora os fios de cobre tradicionais sejam altamente condutores, eles perdem poder através da resistência, que se traduz em desperdício de energia. Materiais supercondutores transmitem energia sem resistência, mas eles têm que ser resfriados a baixas temperaturas.

“O ano de 2011 marca 100 anos desde que a supercondutividade foi descoberta, ”Disse o Dr. Anvar Zakhidov, um dos pesquisadores do projeto e um diretor associado do Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute. "Ainda, o problema de encontrar um supercondutor à temperatura ambiente não foi resolvido, e os supercondutores atuais de alta temperatura tornam-se não supercondutores quando as correntes são moderadas. Também, materiais supercondutores modernos de alta temperatura são muito frágeis, caro e deficiente em propriedades eletrônicas para aplicação em larga escala. Esperamos superar essas limitações fabricando fios de nanotubos, usando nanotubos de carbono ou outros nanotubos aprimorados por átomos como o boro, nitrogênio ou enxofre. ”

De acordo com Zakhidov, quem é professor de física, até 30% da energia elétrica pode ser perdida na forma de calor quando a eletricidade viaja pelas linhas de força. Os materiais supercondutores prometem enormes economias ambientais e de energia.

Sob a liderança de Zakhidov e Dr. Ray Baughman, diretor do NanoTech Institute, a equipe do instituto já foi pioneira em métodos para montar nanomateriais em fios.

“Fazer fios e cabos supercondutores a partir de nanofibras e nanopartículas apresenta desafios especiais que vão além da descoberta de novos supercondutores, ”Disse Baughman. "Por exemplo, para cada libra de fio supercondutor, pode ser necessário montar mais de 3 bilhões de milhas de nanotubos individuais - e o objetivo é atingir essa montagem a taxas comercialmente úteis. Para esta tarefa, estamos inventando métodos radicalmente novos para fazer fios supercondutores ”.

Dra. Lisa Pfefferle, professor de engenharia química na Universidade de Yale e membro da equipe de pesquisa, está experimentando novos tipos de nanofibras que foram sintetizadas por sua equipe usando elementos como o boro.

Membro da equipe Dr. Apparao Rao, professor de física na Clemson University, já produziu nanotubos supercondutores por um processo chamado ablação a laser pulsado. O processo resulta em nanotubos de carbono “dopados” com boro que superconduzem em temperaturas mais altas do que outros materiais à base de carbono - mas ainda em temperaturas relativamente baixas.

Dr. Myron Salamon, reitor da Escola de Ciências Naturais e Matemática, avaliará os novos supercondutores da equipe para testar a temperatura máxima de supercondutividade em função da corrente e da energia transmitida, que é um fator crucial para o uso desses materiais em sistemas de potência.

“Sempre houve uma sensação de que podemos melhorar a supercondutividade usando materiais mais leves, Salamon disse. “Fios feitos de nanotubos ultraleves podem permitir que os átomos vibrem facilmente, o que ajuda na supercondutividade. Há boas evidências de que os materiais à base de carbono, como nanotubos de carbono modificados por dopante, podem ser bons supercondutores. ”

Cinco bolsas de pesquisa foram concedidas para estimular o desenvolvimento de supercondutores práticos de alta temperatura. Os subsídios são administrados através do AFOSR pelo Gerente de Projeto Dr. Harold Weinstock, que ajudou a criar e apoiar muitas outras descobertas importantes da física. De acordo com Zakhidov, outras universidades na corrida de supercondutores colaborativos incluem a Universidade de Houston, a Universidade de Maryland, a Universidade da Califórnia, San Diego e Stanford University.

Fornecido por UT Dallas