Como tornar o alumínio tão eletricamente condutor quanto o cobre

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/07/2022

Há muitas vantagens em colocar o alumínio tecnicamente mais próximo do cobre.
[Imagem: Kashi N. Subedi et al. - 10.1103/PhysRevB.105.104114]

Alumínio x cobre

Pesquisadores descobriram como incrementar a capacidade do alumínio de conduzir eletricidade a um nível que o torna tecnicamente competitivo com o cobre.

Isso abre as portas para um alumínio ultracondutor que possa ser uma alternativa real ao cobre, o que seria útil em mercados que vão das linhas de transmissão de energia e dos eletrônicos aos veículos elétricos.

"E se você pudesse tornar o alumínio mais condutor - até 80% ou 90% tão condutor quanto o cobre? Você poderia substituir o cobre e isso faria uma enorme diferença porque o alumínio mais condutor é mais leve, mais barato e mais abundante," disse Keerti Kappagantula, pesquisadora do Laboratório Nacional Noroeste do Pacífico (PNNL), nos EUA.

O cobre é um ótimo condutor elétrico, mas não há como escapar do fato de que ele está se tornando mais raro e mais caro. E isso só deve piorar com o aumento do número de veículos elétricos, que precisam de duas vezes mais cobre do que os veículos de motores a combustão. Além disso, o cobre é pesado, o que reduz a eficiência dos carros e aviões elétricos.

O alumínio, por sua vez, é 60% mais barato, 1.000 vezes mais abundante na superfície da Terra e pesa 1/3 do peso do cobre - o problema é que ele conduz apenas 60% da eletricidade que os fios de cobre da mesma dimensão transportam.

Receita para aumentar a condutividade

Para avaliar o quanto a condutividade do alumínio pode ser aumentada, Kappangantula e seus colegas simularam os efeitos da temperatura e de defeitos estruturais na condutividade do metal.

Eles descobriram que a chave para melhorar a condutividade do alumínio está em fazer alterações em sua estrutura atômica e adicionar os elementos aditivos corretos.

E o resultado da simulação é uma receita átomo por átomo para aumentar a condutividade do alumínio.

Esse tipo de simulação molecular nunca havia sido feito para metais, então a equipe teve que ser criativa: Eles buscaram inspiração nos semicondutores porque pesquisas anteriores haviam simulado com sucesso a condutividade nesses materiais à base de silício e em alguns óxidos metálicos, e a dopagem - a adição de outros elementos - é uma tarefa corriqueira na indústria microeletrônica.

A equipe simulou ainda o que aconteceria com a condutividade do alumínio se átomos individuais em sua estrutura fossem removidos ou rearranjados. E essas pequenas mudanças resultaram em grandes ganhos na condutividade total.

"Nós não pensamos que esses resultados seriam tão próximos da realidade," disse Kappagantula. "Esse modelo simulado é baseado na estrutura atômica e seus diferentes estados são muito precisos - eu fiquei tipo, 'Uau, isso foi direto no alvo.' É muito emocionante."

Com a receita teórica para alterar a condutividade do alumínio agora clara, os pesquisadores planejam ver o quanto eles podem obter no laboratório. Eles planejam também explorar a possibilidade de aumentar a condutividade de outros metais usando as mesmas simulações.

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