Un avanzado material híbrido en espiral es resistente, liviano y conductivo
Entre los metales comerciales, el cobre y el aluminio tienen la menor resistencia eléctrica, por lo tanto, son buenos conductores de electricidad. De hecho, la conductividad eléctrica del cobre es el parámetro de referencia para todos los metales: en 1913, la Comisión Electrotécnica Internacional definió el Estándar internacional del cobre recocido (IACS, por sus siglas en inglés) en términos de la conductividad eléctrica del cobre, estableciéndola en 100 % IACS (58 MS/m). Esto no significa que el cobre no presente resistencia, sino que es el estándar por el cual se miden otros materiales. Un cable de aluminio debe ser más largo que uno de cobre para alcanzar la misma eficiencia. Como el cobre es dos veces más resistente que el aluminio, la sección transversal de un cable de aluminio debe ser dos veces más larga que la de uno de cobre para lograr la misma capacidad de carga. Por lo general, el cobre es la primera opción para el cableado electrónico y de telecomunicaciones, mientras que el aluminio, un material más liviano y de coste más bajo, es apropiado para el tendido eléctrico aéreo.
Nuevas combinaciones de materiales
Las estrategias de diseño de materiales inspiradas en sistemas biológicos naturales pueden introducir unas formas y distribuciones de los componentes básicos que permitan nuevos grados de libertad para los híbridos. El proyecto HybridMat, financiado con fondos europeos, probó materiales híbridos con arquitectura interna en forma de espiral que posee propiedades físicas y mecánicas excepcionales. El híbrido combina la alta resistencia y la gran conductividad del cobre con el peso ligero y el bajo coste del aluminio. Los investigadores estudiaron diferentes parámetros de hélices para identificar qué diseño permite una mejor resistencia y conductividad en los conductores híbridos. Se prestó especial atención a la evolución de las fases intermetálicas formadas en la interfaz aluminio-cobre durante el procesamiento. Este tipo de aleación intermetálica es conocida por mostrar menos conductividad que sus respectivos componentes puros que, además de ser intrínsecamente frágiles, pueden comprometer los efectos beneficiosos del material híbrido. El equipo del proyecto también ha desarrollado un nuevo modelo analítico para predecir la conductividad eléctrica efectiva de las muestras híbridas. El modelo tiene en cuenta la presencia de una capa intermetálica. Contrario a la regla de mezclas, el modelo depende de dos parámetros: la fracción de volumen de cobre y la geometría del componente helicoidal. «El modelo fue decisivo para evaluar la forma en que los parámetros de hélices y el ancho de la interfaz afectan la conductividad efectiva de las muestras híbridas y por lo tanto, es adecuado para el diseño óptimo de los conductores híbridos», explica Rimma Lapovok, beneficiaria de una beca Marie-Curie.
Deformación del metal a nanoescala
Se trabajó intensamente en el desarrollo de técnicas de deformación plástica severa (SPD, por sus siglas en inglés), es decir, procesos de formación de metales que imparten un esfuerzo cortante sobre materiales metálicos en bloque. El esfuerzo cortante da lugar a granos extremadamente ultrafinos de rango nanométrico. «La SPD ofrece nuevas oportunidades para producir materiales híbridos con propiedades físicas y mecánicas mejoradas —es decir, alta resistencia y alta conductividad eléctrica— para aplicaciones industriales específicas. Demostramos que las muestras híbridas con refuerzo helicoidal presentan mayor fuerza, mayor capacidad de carga y mayor endurecimiento por deformación al ser comparadas con muestras con refuerzo paralelo», concluye Lapovok.
Palabras clave
HybridMat, cobre, material híbrido, aluminio, conductividad, fuerza, capacidad de carga, deformación plástica severa (SPD)
