Hiilinanojohteiden makroskooppinen johtavuus

Hiilinanojohteet ovat sähkönjohteita, joiden valmistuksessa on käytetty hiilinanoputkia, eli yhden atomikerroksen paksuisesta hiiliatomiverkosta koostuvia rakenteita. Hiilinanoputket ovat viime vuosina keränneet suurta mielenkiintoa erinomaisten fysikaalisten ominaisuuksiensa ansiosta. Tämän työn tavoitteena on selvittää, voitaisiinko hiilinanojohteiden sähkönjohtavuus saada riittävälle tasolle, jotta niillä saatettaisiin korvata nykyisiä kuparista valmistettuja johteita. Vaikka kuparilla on erinomainen johtavuus, sen käytöllä on omat heikkoutensa, kuten korkea hinta, virran ahtautuminen, suuri tiheys ja heikko mekaaninen kestävyys. Hiilinanojohteet voisivat olla yksi osa-alue kehitettäessä uusia energiatehokkaita ja ympäristöystävällisiä laitteita nyky-yhteiskunnan tarpeisiin. Työn tulosten perusteella voidaan todeta, että nykyisten hiilinanojohteiden sähkönjohtavuus on yhä liian pieni laajamittaiseen käyttöön. Johtavuus on kuitenkin lisääntynyt jatkuvasti viime vuosina. Kehitystyön avulla hiilimateriaalin potentiaalia saadaan hyödynnettyä koko ajan enemmän, ja ajan myötä hiilijohteista voi tulla varteenotettava kilpailija perinteisille johdemateriaaleille. Hiilinanojohteet tulevat luultavasti aluksi yleistymään käyttökohteissa, joissa niiden muut ominaisuudet täydentävät hyvin sähkönjohtavuutta.

Carbon nanotube fibers are electrical conductors which are manufactured using carbon nanotubes, structures composed of one-atom-thick layer of carbon atoms. Carbon nanotubes have in recent years gained a great interest because of their excellent physical properties. The objective of this work is to find out whether the electrical conductivity of carbon nanotube fibers is high enough to obtain a sufficient level so that they could replace conductors made of copper. Although copper has excellent conductivity, its use has its weaknesses, such as high cost, skin effect, high density and poor mechanical strength. Carbon nanotube fibers could be one part of the development of new energy efficient and environmentally friendly devices for the needs of modern society. Based on the results of this thesis it can be concluded that the existing electrical conductivity of carbon nanotube fibers is still too small for large-scale use. However, the conductivity has increased continuously in recent years. With the help of constant development the potential of carbon material can be utilized more and more, and over time they can become a viable competitor to conventional conductor materials. Carbon nanotube fibers will probably initially replace copper in applications where their other properties supplement their electrical conductivity well.