Молекули фуллерена роблять полімерні ізоляційні матеріали більш стійкими до високої напруги.
У 1985 році хіміки вперше синтезували футбольний м'яч. Він складався з 60 атомів вуглецю, з'єднаних в об'ємну геометричну фігуру, утворену правильними п'яти- і шестикутниками. Цю молекулу назвали фуллереном, і ось вже тридцять років її пильно вивчають в лабораторіях. Хіміки навчилися робити найбільш віртуозні трюки з вуглецевим м'ячиком - закріплювати на його поверхні різні молекули, поміщати всередину нього атоми металів, навіть показали, що на основі фуллерену можна зробити сонячні батареї. У кожній науковій статті, присвяченій фулерену, вчені заявляли, що його можна використовувати в найрізноманітніших галузях, але до реального застосування справа так і не доходила. Фуллерен залишався цікавою іграшкою в руках дослідників. Однак зараз з'явився реальний шанс для молекулярного м'ячика виявитися корисним людству.
Шведські дослідники з Технічного університету Чалмерса довели, що за допомогою фуллерену можна підвищити стійкість ізоляції, яка застосовується для виготовлення високовольтних кабелів. Поки не настала ера бездротової електрики, найнадійнішим способом передачі енергії на відстані залишається звичайний кабель. Від різних електростанцій до споживачів тягнуться кілометри ліній електропередач. Для харчування більшості побутових пристроїв використовується змінна напруга в 220 вольт. У промисловому обладнанні часто застосовується напруга 380 вольт. І хоча і те, і інше напруження небезпечно і може бути навіть смертельно, воно відноситься до класу низьковольтного.
Справа в тому, що для передачі енергії на великі відстані потрібні високі напруги - сотні тисяч вольт. Наприклад, для передачі електроенергії від електростанцій Сибіру до промислових підприємств на Уралі в 80-х роках минулого століття була побудована лінія електропередач ультрависокої напруги - до 1,1 мільйона вольт. Високу напругу доводиться використовувати, щоб зменшити втрати при передачі електрики по проводах: чим вища напруга, тим менше втрати енергії по шляху від електростанції до споживача.
Існують повітряні лінії електропередач - це незольовані дроти, що висять на стовпах і щоглах. Там, де їх використовувати неможливо, прокладають кабельні лінії. Кабель можна прокласти під землею або під водою. У кабелі металевий дріт, по якому проходить струм, оточений шаром ізолятора - непровідного матеріалу. Для виробництва високовольтних кабелів застосовують ізоляцію з поліетилену, того самого полімеру, з якого зроблені звичайні пакувальні пакети. Але ізоляційні можливості поліетилену не безмежні: якщо перевищити певну межу, то відбудеться пробій і кабельна лінія цілком вийде з ладу. А заміна кабелю, прокладеного під землею або під водою - справа клопітка.
Так при чому ж тут вуглецеві футбольні м'ячики? Виявилося, що якщо в поліетилен додати молекули фуллерену, то його ізоляційні якості зростають. Кабель з модифікованою фуллереном ізоляцією витримує більш високу напругу, ніж звичайний - на 26% вище. А це означає, що по ньому можна передати на 26% більше енергії. Щоб досягти такого ефекту, шведські хіміки створили ізоляційний матеріал, в якому на один кілограм поліетилену припадає один грам фуллерену. У фулерена досить своєрідні електронні властивості. Він може захоплювати високоенергетичні електрони, які руйнують ізоляційні властивості поліетилену. Фуллерен приймає на себе такі електрони, рятуючи полімер від можливого пробою. Нехай це відкриття не з тих, що здійснюють переворот в енергетиці, але в промисловості збільшення ефективності на кожен відсоток дозволяє заощадити тонни матеріалів і мегавати потужності.
Фото: Corbis, Flickr.
За матеріалами: Phys.Org