El nuevo material, más ligero y también más resistente que el cobre, puede ser clave en sectores estratégicos como vehículos eléctricos, aeronáutica, drones y redes eléctricas más eficientes
El trabajo, que acaba de publicarse en la prestigiosa revista Science, se ha logrado gracias al trabajo colaborativo de investigadores INMA y del instituto IMDEA Materiales. Las técnicas han sido desarrolladas en el Laboratorio de Microscopías Avanzadas
Un equipo de investigadores del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón INMA, instituto mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Zaragoza, han participado en un avance científico de gran relevancia internacional que acerca la sustitución del cobre en sistemas eléctricos por materiales mucho más ligeros y eficientes.
El trabajo, liderado por el Instituto IMDEA Materiales y publicado en la revista Science, demuestra por primera vez que las fibras de nanotubos de carbono (CNT) pueden alcanzar niveles de conductividad eléctrica comparables a los de materiales tradicionales como el cobre o el aluminio, pero con un peso hasta seis veces inferior. Por parte del INMA firman el trabajo dos investigadores de la Universidad de Zaragoza: Dr. Raúl Arenal (investigador ARAID) y Dra. Mario Peláez Fernández, ambos del grupo Nanoscopia en Materiales de Baja Dimensión (Nanoscopy on Low Dimensional Materials – NLDM) del INMA, liderado por el propio Raúl Arenal. Su contribución al estudio se ha centrado en técnicas avanzadas de caracterización en el Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA) de la Universidad de Zaragoza, uno de los nodos de la Infraestructura Científico Técnica Singular (ICTS) ELECMI.
La participación de estos científicos del INMA desde Aragón ha sido clave para analizar la estructura y propiedades de los materiales a escala sub-nanométrica, permitiendo validar los resultados obtenidos y comprender mejor la composición y el comportamiento de estas nuevas fibras conductoras.
Estos estudios de microscopía y espectroscopía electrónicas se han llevado a cabo en el recientemente actualizado microscopio electrónico de transmisión TITAN3 del LMA. Este instrumento cuenta con las especificaciones y características óptimas para poder desarrollar el estudio estructural y químico detallado de estos materiales complejos.
El trabajo ha sido desarrollado en colaboración con IMDEA Materiales, en un esfuerzo conjunto que pone de relieve la capacidad de la ciencia española para liderar avances en materiales avanzados con impacto industrial. Por parte de IMDEA, la investigación fue llevada a cabo por la investigadora predoctoral Ana Inés de Isidro Gómez, el Dr. Juan José Vilatela, la Dra. Anastasiia Mikhalchan y el Prof. Javier LLorca, junto con el ex-investigador de IMDEA Materiales Dr. Valentín Vassilev Galindo.
En qué consiste el avance
El estudio demuestra un proceso de fabricación escalable de fibras de nanotubos de carbono con una conductividad eléctrica de hasta 24,5 MS/m (MegaSiemens por metro), acercándose a la del cobre, pero con una gran ventaja: su ligereza. Este avance abre la puerta a su uso en sectores estratégicos como vehículos eléctricos, aeronáutica, drones y redes eléctricas más eficientes. En todos estos ámbitos, reducir el peso del cableado es clave para mejorar la eficiencia energética.
El logro se basa en la introducción de un nuevo agente dopante (tetracloroaluminato, AlCl₄⁻) en las fibras de nanotubos de carbono. Este proceso permite multiplicar su conductividad eléctrica sin alterar su estructura ni sus propiedades mecánicas.
Gracias a esta técnica, los investigadores han conseguido aumentar más de 17 veces la conductividad eléctrica del material prístino (los propios CNTs), alcanzando incluso valores relativamente próximos a los del cobre.
Además de su conductividad, estas fibras presentan una combinación única de resistencia y bajo peso. Según los resultados del estudio, podrían ser hasta cinco veces más resistentes que los cables convencionales, con la mitad de peso.
Consulta la publicación:
Intercalated carbon nanotube fibers with high specific electrical conductivity
DOI: https://www.science.org/doi/10.1126/science.aeb0673
I. de Isidro-Gómez, V. Vassilev-Galindo, A. Mikhalchan, M. Peláez-Fernández, J. LLorca, R. Arenal, and J. J. Vilatela
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