Cable coaxial y procedimiento de fabricación del mismo.

Un cable (10) coaxial que comprende:

un alma (110) que comprende una pluralidad de nanotubos (111) de carbono que presentan al menos unrevestimiento conductor dispuesto alrededor de los nanotubos (111) de carbono,

en el que los nanotubos(111) de carbono y el revestimiento conductor están organizados bajo la forma de al menos un hilo (222)composite de nanotubos de carbono y los nanotubos de carbono están dispuestos de manera ordenada;una capa (120) aislante que envuelve el alma (110);

una capa (130) de blindaje que envuelve la capa (120) aislante; y

una capa (140) de envainado que envuelve la capa (130) de blindaje,

caracterizado porque el cable conductor comprende una capa (114) conductora y una capa (112) humectantesituada entre los nanotubos (111) de carbono y la capa (114) conductora.

Cable coaxial y procedimiento de fabricación del mismo La presente divulgación se refiere a cables coaxiales y a un procedimiento de fabricación de los mismos, más concretamente, a un cable coaxial a base de nanotubos de carbono y al procedimiento de fabricación de los mismos.

Los cables coaxiales son utilizados como soportes para transferir energía eléctrica y señales. Un cable coaxial convencional incluye un alma, una capa aislante por fuera del alma, y una capa de blindaje por fuera de la capa aislante, generalmente rodeada por una capa de envainado. El alma incluye al menos un hilo conductor. El hilo conductor puede ser un hilo macizo o trenzado, y la capa de blindaje puede ser, por ejemplo, un papel metalizado enrollado, una cinta tejida o una trenza. Sin embargo, cuando el hilo conductor está fabricado en metal, se producirá un efecto superficial en el hilo conductor, de manera que la resistencia efectiva del cable resulta mayor, lo que provoca la degradación durante la transmisión. Así mismo, el hilo conductor y la capa de blindaje fabricados en metal presentan menos resistencia debido a su mayor tamaño. Por tanto, los cables coaxiales deben tener un peso y un diámetro, en uso, comparativamente mayores.

Un procedimiento relacionado de fabricación de un cable coaxial incluía las siguientes etapas: el revestimiento de un polímero sobre una superficie interna del al menos un hilo conductor para formar una capa aislante; la aplicación de una pluralidad de hilos de metal o de hilos de metal trenzados sobre la capa aislante para formar una capa de blindaje; el recubrimiento de una capa de envainado sobre el exterior de la capa de blindaje.

Los nanotubos de carbono (CNTs) son un material carbonáceo y que ha suscitado un gran interés desde principios de los 90. Los nanotubos de carbono presentan interesantes y potencialmente útiles propiedades conductoras del 20 calor, propiedades eléctricas y mecánicas. Se ha desarrollado un hilo conductor fabricado mediante una mezcla de nanotubos de carbono y metal. Sin embargo, los nanotubos de carbono del hilo conductor de la técnica anterior están dispuestos de manera desordenada. De esta manera, el efecto superficial mencionado con anterioridad no ha sido todavía eliminado en los cables coaxiales que emplean nanotubos de carbono. En el documento US 2007/293086 A1, se proporcionan unos cables con un alma que incluye nanotubos de carbono. El alma está fabrica

do en una aleación de nanotubos de carbono y cobre - plata. Sin embargo, la humectabilidad entre la aleación de nanotubos de carbono y cobre - plata es deficiente. La aleación de cobre - plata presenta un deficiente contacto con los nanotubos de carbono. La conductividad del cable necesita ser mejorada.

Lo que se necesita, por tanto, es un cable coaxial que presente una conductividad satisfactoria, con un rendimiento mecánico elevado, sea ligero de peso y tenga un pequeño diámetro para solventar los inconvenientes mencionados con anterioridad, y un procedimiento de fabricación del mismo.

Vista desde un primer aspecto, la presente invención proporciona un cable coaxial que comprende: un alma que comprende una pluralidad de nanotubos de carbono que presentan al menos un revestimiento conductor dispuesto alrededor de los nanotubos de carbono, en el que los nanotubos de carbono y el revestimiento conductor están organizados bajo la forma de al menos un hilo composite de nanotubos de carbono y los nanotubos de carbono están dispuestos de forma ordenada; una capa aislante que envuelve el alma; una capa de blindaje que envuelve la capa aislante; y una capa de envainado que envuelve la capa de blindaje; caracterizado porque el revestimiento conductor comprende una capa conductora y una capa humectante situada entre los nanotubos de carbono y la capa conductora.

Vista desde un aspecto adicional, la presente invención proporciona un procedimiento para fabricar un cable coaxial 40 que comprende las etapas de:

(a) la provisión de una estructura de nanotubos de carbono que comprende una pluralidad de nanotubos de carbono;

(c) la formación de un hilo composite de nanotubos de carbono a partir de los nanotubos de carbono con al menos un revestimiento conductor;

(d) la envuelta de al menos una capa de material aislante del hilo composite de nanotubos de carbono;

(e) la envuelta de una capa de material de blindaje dentro de la al menos una capa de material aislante; y

(f) el revestimiento de al menos una capa de material de envainado sobre al menos una capa de material de blindaje, caracterizado porque el procedimiento comprende además las etapas de:

(b) la formación de al menos un revestimiento conductor sobre una pluralidad de nanotubos de carbono de

la estructura de nanotubos de carbono, en el que el revestimiento conductor comprende una capa conductora, una capa humectante situada entre los nanotubos de carbono y la capa conductora, una capa de transición entre la capa humectante y la capa conductora y una capa antioxidante alrededor de la capa conductora.

Otras características y ventajas novedosas del presente cable coaxial a base de nanotubos de carbono y del procedimiento de fabricación del mismo se pondrán de manifiesto de manera más acabada a partir de la descripción detallada subsecuente de formas de realización ejemplares tomadas en combinación con los dibujos que se acompañan.

Muchos aspectos del presente cable coaxial y del procedimiento de fabricación del mismo pueden ser mejor entendidos con referencia a los dibujos que se acompañan. Los componentes de los dibujos no están necesariamente trazados a escala, poniéndose por el contrario especial énfasis en la claridad de la ilustración de los principios del presente cable coaxial y del procedimiento de la fabricación del mismo.

La FIG. 1 es una vista en sección transversal esquemática de un cable coaxial que presenta una pluralidad de nanotubos de carbono, de acuerdo con una primera forma de realización.

La FIG. 2 es una vista en sección transversal esquemática de un nanotubo de carbono individual del cable coaxial de la FIG. 1, revestido con un revestimiento conductor.

La FIG. 3 es un diagrama de flujo de un procedimiento de fabricación de un cable coaxial de la FIG. 1.

La FIG. 4 es un sistema de fabricación del cable coaxial de la FIG. 1.

La FIG. 5 muestra una imagen de un Microscopio Electrónico de Barrido [Scanning Electron Microscope] (SEM) de una película de nanotubos de carbono utilizada en el procedimiento de fabricación del cable coaxial de la FIG. 1.

La FIG. 6 muestra una imagen del SEM de la película de nanotubos de carbono con al menos una capa de revestimiento conductor respectivamente revestida sobre cada nanotubo de carbono utilizado en el procedimiento de la FIG. 3.

La FIG. 7 muestra una imagen de un Microscopio Electrónico de Transmisión [Transmission Electron Microscope] (TEM) de un nanotubo de carbono dentro de la película de nanotubos de carbono con al menos una capa de revestimiento conductor individualmente revestida sobre ella del nanotubo de carbono de la FIG. 6.

La FIG. 8 muestra una imagen del SEM de una estructura a modo de hilo de nanotubos de carbono torsionados individualmente revestidos, de acuerdo con la primera forma de realización.

La FIG. 9 muestra una imagen del SEM de los nanotubos de carbono con al menos una capa de revestimiento conductor individualmente revestida sobre aquellos en la estructura a modo de hilo de nanotubos de carbono torsionados de la FIG. 8.

La FIG. 10 muestra una vista en sección transversal esquemática de un cable coaxial, de acuerdo con una segunda forma de realización.

La FIG. 11 muestra una sección transversal esquemática de un cable coaxial, de acuerdo con una tercera forma de realización.

La FIG. 12 muestra una vista en sección transversal esquemática de un cable coaxial empleado con un solo alma que presenta una estructura a modo de hilo de nanotubos de carbono, de acuerdo con una cuarta forma de realización.

La FIG. 13 muestra una vista esquemática del alma única del cable coaxial de la FIG. 12.

La FIG. 14 muestra una vista en sección transversal esquemática de la estructura a modo de hilos de nanotubos de carbono de la FIG. 13, en el que la estructura a modo de hilo de nanotubos de carbono comprende una pluralidad de hilos de nanotubos de carbono.

La FIG. 15 muestra una imagen de un Microscopio Electrónico de Barrido (SEM) de un hilo de nanotubos de carbono torsionados cuando es empleado por la estructura a modo de hilos de nanotubos de carbono de la FIG. 12.

La FIG. 16 muestra una imagen del Microscopio Electrónico de Barrido (SEM) de un... [Seguir leyendo]

1. Un cable (10) coaxial que comprende:

un alma (110) que comprende una pluralidad de nanotubos (111) de carbono que presentan al menos un revestimiento conductor dispuesto alrededor de los nanotubos (111) de carbono, en el que los nanotubos (111) de carbono y el revestimiento conductor están organizados bajo la forma de al menos un hilo (222) composite de nanotubos de carbono y los nanotubos de carbono están dispuestos de manera ordenada; una capa (120) aislante que envuelve el alma (110) ; una capa (130) de blindaje que envuelve la capa (120) aislante; y una capa (140) de envainado que envuelve la capa (130) de blindaje, caracterizado porque el cable conductor comprende una capa (114) conductora y una capa (112) humectante situada entre los nanotubos (111) de carbono y la capa (114) conductora.

2. Un cable (10) coaxial de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el al menos un revestimiento conductor está en contacto con la superficie de los nanotubos (111) de carbono.

3. Un cable coaxial de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que los nanotubos (111) de carbono están unidos extremo con extremo con una fuerza de atracción de van der Waals entre ellos.

4. Un cable coaxial de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la resistividad del hilo (222) composite de nanotubos de carbono oscila entre aproximadamente 10 x 10-8 Q • m. y aproximadamente 500 x 10-8 Q • m.

5. Un cable (10) coaxial de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los nanotubos (111) de carbono del hilo (222) composite de nanotubos de carbono están alineados a lo largo de la dirección axial del hilo (222) composite de nanotubos de carbono.

6. Un cable (10) coaxial de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los nanotubos (111) de carbono del hilo (222) composite de nanotubos de carbono están alineados de forma helicoidal alrededor de la dirección axial del hilo (222) composite de nanotubos de carbono.

7, - Un cable (10) coaxial de acuerdo con la reivindicación 4, en el que un diámetro del al menos un hilo (222) de nanotubos de carbono oscila entre aproximadamente 4, 5 nanómetros y aproximadamente 100 micrómetros.

8. Un cable (10) coaxial de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el al menos un revestimiento conductor comprende también una capa (113) de transición entre la capa (112) humectante y la capa (114) conductora y una capa (115) antioxidante alrededor de la capa (114) conductora.

9. Un cable (10) coaxial de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el material de la capa (114) conductora comprende un material seleccionado entre el grupo que consiste en cobre, plata, oro y aleaciones de estos, y en el que el material de la capa (112) humectante comprende un material seleccionado entre el grupo compuesto por níquel, paladio, titanio y aleaciones de estos, en el que el materia de la capa (113) de transición comprende un material seleccionado entre el grupo que consiste en cobre, plata y aleaciones de estos, y el material de la capa (115) antioxidante comprende un material seleccionado entre el grupo que consiste en cobre, platino y aleaciones de estos.

10. Un procedimiento para fabricar un cable (10) coaxial, que comprende las etapas de:

(a) la provisión de una estructura (214) de nanotubos de carbono que comprende una pluralidad de nanotubos (111) de carbono;

(c) la formación de un hilo (222) composite de nanotubos de carbono a partir de los nanotubos (111) de carbono con al menos un revestimiento conductor;

(d) la envuelta de al menos una capa de material aislante sobre el hilo (222) composite de nanotubos de carbono;

(e) la envuelta de una capa de material de envainado sobre al menos una capa de material aislante; y

(f) el revestimiento de al menos una capa de material de envainado sobre al menos una capa de material de blindaje,

caracterizado porque el procedimiento comprende también las etapas de (b) la formación de al menos un revestimiento conductor sobre una pluralidad de nanotubos (111) de carbono de la estructura (214) de nanotubos de carbono, en el que el revestimiento conductor comprende una capa (114) conductora, una capa (112) humectante situada entre los nanotubos (111) de carbono y la capa (114) conductora, una capa (113) de transición entre la capa (112) humectante y la capa (114) conductora y una capa (115) antioxidante alrededor de la capa (114) conductora.

11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la etapa (b) es ejecutada por las etapas de:

(b1) la provisión de un recipiente (210) bajo vacío con al menos una fuente (212) de vaporización de material conductor; y

(b2) el calentamiento de la al menos una fuente (212) de vaporización de material conductor para depositar un revestimiento conductor sobre cada uno de los nanotubos (111) de carbono en la estructura (214) de nanotubos de carbono.

12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la etapa (c) comprende también las etapas de:

(c1) la adherencia de un extremo de la estructura (214) de nanotubos de carbono a un motor rotatorio; (c2) la torsión de la estructura (214) de nanotubos de carbono por el motor rotatorio

13. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la etapa (c) comprende también las siguientes etapas de:

(c1’) el suministro de un eje de rotación; (c2’) el contacto del eje de rotación con un extremo de la estructura (214) de nanotubos de carbono; y (c3’) la torsión de la estructura (214) de nanotubos de carbono por el eje de rotación.

14. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que en la etapa (c) el hilo (222) composite de na15 notubos de carbono se obtiene mediante el corte de la estructura (214) de nanotubos de carbono paralelamente a una dirección de alineamiento de los nanotubos (111) de carbono 15. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el material de la capa (114) conductora comprende un material seleccionado entre el grupo que consiste en cobre, plata, oro y aleaciones de estos, en el que el 20 material de la capa (112) humectante comprende un material seleccionado entre el grupo que consiste en níquel, paladio, titanio y aleaciones de estos, en el que el material de la capa (113) de transición comprende un material seleccionado entre el grupo que consiste en cobre, plata y aleaciones de estos, y en el que el material de la capa (115) antioxidante comprende un material seleccionado entre el grupo que consiste en oro, platino y aleaciones de estos.