Провідники струму — який метал перевершує всі очікування

Електрична провідність – це здатність матеріалу пропускати електричний струм. У металах ця властивість залежить від їхньої атомної структури, зокрема від наявності вільних електронів, які переносять заряд. Дослідження провідності металів є ключовим для інженерії, електроніки та енергетики, адже від вибору матеріалу залежить ефективність пристроїв. 

Попри технологічний прорив, лідером електропровідності залишається один і той самий матеріал — срібло. Але не все так однозначно, пише видання Eenergy.

Срібло як найкращий провідник

Усі сучасні таблиці провідності металів починаються зі срібла. Причина — у кристалічній решітці срібла, яка майже ідеально передає електрони без опору. Тобто електричний струм, проходячи через срібло, втрачає найменше енергії.

"Однак срібло — дорогоцінний метал, тому використовувати його повсюдно економічно недоцільно. Його застосування обмежується мікроелектронікою, космічними технологіями, приладами для високочастотного зв’язку, де важлива максимальна ефективність", — пише видання.

Мідь теж добре проводить електричний струм

Мідь — другий за електропровідністю метал після срібла, і вона в рази дешевше.

Саме тому мідь стала стандартом у будівництві, енергетичній інфраструктурі, електротехніці. Мідні дроти використовуються у побуті, на виробництвах, у кабельних мережах.

Крім того, мідь добре піддається обробці, витримує механічні навантаження і не окислюється так швидко, як алюміній.

Алюміній часто обирають через легкість і дешевизну

Алюміній має меншу електропровідність, проте він у три рази легший за мідь і значно дешевший.

У великих інфраструктурних проєктах, де вагові та цінові показники критично важливі (наприклад, повітряні лінії електропередач), використовують саме алюміній. Щоб компенсувати меншу провідність, просто збільшують площу перерізу провідників.

Але алюміній має і недоліки: він легко окислюється, не витримує багаторазових згинань і гірше тримає з’єднання. Тому у житловому будівництві його витіснила мідь.

Золото теж проводить струм, але його використовують інакше

Золото за провідністю поступається сріблу і міді, але має унікальну здатність не окислюватися взагалі. Завдяки цьому його використовують у вигляді надтонких покриттів на контактах, роз’ємах і мікросхемах.

Його електричні властивості не погіршуються з часом, тому в пристроях, які мають працювати десятки років без обслуговування, золото незамінне.

Екзотичні метали та сплави

Окрім класичних металів, таких як мідь чи срібло, учені досліджують екзотичні матеріали, наприклад сплави на основі титану чи навіть графен, який, хоча й не є металом, демонструє вражаючу провідність.

Однак ці матеріали поки що недешеві у виробництві й не мають широкого комерційного застосування. Наприклад, надпровідники, які працюють за наднизьких температур, можуть проводити струм без втрат, але їхнє використання обмежене лабораторіями.

Провідність металів залежить не лише від матеріалу

У реальному застосуванні на провідність впливають також:

1. Температура — чим вона вища, тим більший опір.
2. Чистота металу — домішки знижують провідність.
3. Структура поверхні — оксидні плівки чи мікротріщини можуть погіршити передачу струму.
4. Тип з’єднання — погано стиснене або окислене з’єднання навіть зі срібла може працювати гірше, ніж добре з’єднаний мідний кабель.

"У сучасній електроніці ці нюанси враховують усе частіше — саме тому в мікросхемах використовують не просто метали, а цілі сплави чи наноструктури", — говориться в публікації.

Як повідомлялось, срібло — один з найдавніших та найцінніших благородних металів, що застосовується у різних сферах, від ювелірної справи до медицини. Хоча 999 проба містить найбільше чистого срібла і тому здається найдорожчою, на практиці це не завжди так. 

Також ми розповідали про рідкісноземельні метали — це 17 елементів, що є ключовими для високотехнологічних галузей, зокрема для виробництва електроніки. Хоча вважалося, що більшість їхніх родовищ вже відкриті та експлуатуються, нещодавно поблизу Бразилії виявили значне плато, яке може виявитися новим джерелом цих цінних металів.