Det er nu muligt at optimere mikrostrukturen i kobber, så det bliver fire gange så stærkt som rent kobber, uden at det går ud over de elektriske egenskaber eller formbarheden. Det har forskere ved Risøs afdeling for materialeforskning vist i et samarbejde med kinesiske forskere.

Resultaterne er publiceret i januarudgaven af tidsskiftet Science.

I spidsen for den danske del af forskningen står seniorforsker dr. Xiaoxu Huang, Afdelingen for Materialeforskning, Risø Nationallaboratoriet for Bæredygtig Energi, Danmarks Tekniske Universitet. Arbejdet er her sket inden for rammerne af Danmarks Grundforskningsfond Center for Metalstrukturer i Fire Dimensioner på Risø.

Dr. Xiaoxu Huang forklarer:

»Først og fremmest har vi fundet den optimale størrelse af nanostrukturer i kobber, så styrkeegenskaberne kommer tæt på 1000 MPa, samtidig med at den elektriske ledningsevne er lige så god som i traditionelt kobber.«

Kobber, der i dag bruges til elektriske ledninger, har til sammenligning en styrke på cirka 400 MPa.

Det specielle i det nye kobber ligger i de såkaldte "nanotwins". Det er symmetriske spejlede atomstrukturer (tvillinger), som gennemskærer de enkelte kobber-korn. Tykkelsen af disse tvillinger har afgørende betydning for kornets styrke og dermed også for styrken af et massivt polykrystallinsk materiale:

»Men vi har også vist, at hvis vi reducerer tykkelsen af disse tvillinger endnu mere, så vil kobberet igen miste sin styrke,« siger Xiaoxu Huang.

Den optimale tykkelse har vist sig at ligge på cirka 15 nanometer.

Nanokobber fremstilles ved en elektrolytisk proces. Tykkelsen af kornenes tvillinger kan forskerne styre igennem variationer i procesbetingelserne.

Selv om forskerne ikke direkte har udviklet den nye type kobber med produkter for øje, kan Xiaoxu Huang sagtens få øje på steder, hvor den type kobber kan finde anvendelse:

»Det kan for eksempel være inden for computerindustrien, hvor der er brug for ekstremt tynde elektriske forbindelser, der samtidig har mekanisk styrke,« forudser han.

Et andet område er andre elektriske ledninger, hvor Xiaoxu Huang forestiller sig, at de nye materialer kan bruges som coatning for at forøge styrke og slidbestandighed uden tab af ledningsevne.

Det er endnu for tidligt at tale om en egentlig pris for den nye type metal, men forskerne er allerede klar med procesforbedringer, som vil kunne reducere de nuværende omkostninger. Parallelt undersøges industrielle anvendelsesmuligheder.

Udviklingen af det nye nanokobber er sket i tæt samarbejde mellem Risø og det kinesiske materialeforskningsinstitut Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences. Det er her, selve fremstillingen af kobberet er foregået. Samarbejdet mellem Danmark og Kina her er meget aktivt og har også omfattet udveksling af forskere og studerende.