Đóng vai trò là chất dẫn quan trọng trong các thiết bị điện, vật liệu dẫn điện là những chất cho phép dòng điện di chuyển dễ dàng. Vậy, định nghĩa về vật liệu dẫn điện là gì? Những chất và hợp chất nào có khả năng dẫn điện? Đại Việt sẽ tiết lộ danh sách hơn 10 vật liệu có tính dẫn điện tốt nhất hiện nay.
Vật liệu dẫn điện là một loại vật chất có khả năng dẫn điện, cho phép dòng điện đi qua theo một hoặc hai chiều. Dựa trên cơ sở khoa học, các vật dẫn này mang điện tích tự do (electron). Khi có dòng điện tác động, các electron này sẽ di chuyển theo một hướng xác định.
Trong tự nhiên, các vật liệu dẫn điện tồn tại ở nhiều trạng thái khác nhau, có thể là lỏng, rắn hoặc khí. Trong số đó, kim loại là chất có khả năng dẫn điện tốt nhất.
Có rất nhiều vật chất có khả năng dẫn điện, bao gồm kim loại, đất, cơ thể người và động vật. Tuy nhiên, phần lớn chỉ có kim loại được sử dụng làm vật liệu dẫn điện trong sản xuất. Do đó, để đủ điều kiện làm vật liệu dẫn điện, chúng cần đáp ứng các đặc tính nổi bật sau:
Đây là tính chất đặc trưng quan trọng nhất, cũng chính là công dụng của vật chất. Mỗi loại vật liệu thường sẽ có khả năng dẫn điện khác nhau. Để đánh giá khả năng dẫn điện của một chất, người ta dựa vào các thông số như điện trở và hệ số nhiệt điện trở. Điện trở càng thấp thì khả năng dẫn điện càng cao.
Các vật liệu dẫn điện sẽ nóng chảy nhanh chóng ở nhiệt độ cao. Đồng thời, vật chất nào dễ nguội khi truyền lạnh hoặc nóng nhanh khi được đốt nóng thường sẽ có tính dẫn điện cao hơn. Ngược lại, các loại cần thời gian đốt nóng lâu hơn sẽ có độ dẫn điện và dẫn nhiệt kém hơn.
Tương tự, các vật liệu này sẽ giãn nở khi bị đốt nóng ở nhiệt độ cao và co lại khi bị truyền lạnh. Do tính chất này, khi sử dụng vật liệu dẫn điện trong các công trình xây dựng, cần để khe hở vừa phải để giải phóng nhiệt khi cần thiết.
Không phải vật liệu dẫn điện nào cũng có tính nhiễm từ. Tính chất này chỉ xuất hiện ở một số chất nhất định. Điển hình nhất là sắt và hợp kim của sắt, Niken, Coban. Tuy nhiên, chúng chỉ thể hiện được tính nhiễm từ khi được đặt trong môi trường có từ trường.
Các vật liệu này thường có khả năng chống ăn mòn rất tốt, trong cả môi trường bình thường lẫn nhiệt độ cao. Đặc tính chống ăn mòn này là do khả năng chống oxy hóa của vật chất. Các chất có khả năng chống oxy hóa càng cao thì độ dẫn điện sẽ càng tốt.
Các loại vật liệu có tính dẫn điện tốt thường có các đặc tính cơ học như chịu lực nén, xoắn và kéo.
Khi được ứng dụng thực tế, vật liệu dẫn điện cần liên kết với nhiều vật chất hoặc dụng cụ khác và chịu tác động của nhiệt độ, áp lực khác nhau. Vì vậy, một vật chất muốn được xem là có khả năng dẫn điện cần có nhiều đặc điểm thích ứng. Dưới đây là các đặc điểm chính cần có:
Dựa vào trạng thái vật chất, các loại vật liệu có khả năng dẫn điện hiện nay được phân thành 3 loại chính:
Vật liệu dẫn điện ở thể rắn: Các vật liệu tồn tại ở thể rắn bao gồm kim loại và hợp kim. Tùy thuộc vào thông số điện trở của vật liệu, chúng sẽ được ứng dụng cho các mục đích khác nhau. Các vật liệu có điện trở thấp (tính dẫn điện cao) được dùng làm dây dẫn, cáp dẫn điện. Ngược lại, vật liệu có điện trở cao được dùng làm dụng cụ đốt nóng, ví dụ như biến trở hoặc bóng đèn.
Vật liệu dẫn điện ở thể lỏng: Các vật liệu tồn tại ở thể lỏng bao gồm dung dịch điện phân và kim loại nóng chảy. Nhiệt độ nóng chảy của các kim loại dẫn điện thường rất cao, ngoại trừ thủy ngân có nhiệt độ nóng chảy là -39 độ C.
Vật liệu dẫn điện ở thể khí: Các vật liệu có tính dẫn điện tồn tại ở thể khí trong một số điều kiện nhất định. Tuy nhiên, chúng không phổ biến và ít được ứng dụng trong sản xuất.
Trong tự nhiên có rất nhiều loại vật liệu có khả năng dẫn điện. Tuy nhiên, tùy thuộc vào tính chất, giá trị và độ linh hoạt của từng vật liệu mà người ta sử dụng chúng cho các mục đích khác nhau. Một số vật chất có khả năng dẫn điện rất tốt nhưng không thể ứng dụng vào sản xuất công nghiệp vì giá thành cao. Dưới đây là danh sách hơn 10 vật liệu dẫn điện tốt nhất hiện nay:
Bạch kim là một kim loại rất bền vững và có giá trị cao. Bạch kim không phản ứng với oxy và các loại thuốc thử hóa học khác. Đồng thời, kim loại này dễ gia công dát mỏng và thường được dùng làm đồng hồ điện với yêu cầu độ nhạy cao.
Nhôm là một vật liệu dẫn điện phổ biến, được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất dây dẫn, dây cáp, tụ điện,… Kim loại nhôm rất mềm, dễ dát mỏng hoặc kéo sợi. Nhược điểm của nhôm là dễ bị ăn mòn ở trong môi trường có nồng độ muối cao. Ngoài ra, độ bền cơ khí của nhôm khá kém, khó hàn nối khi bị đứt gãy.
Mặc dù tính dẫn điện của đồng không phải là cao nhất trong các kim loại, nhưng đồng được xem là vật liệu dẫn điện tốt nhất trong nhóm các kim loại được ứng dụng trong sản xuất công nghiệp. Đồng có nhiều đặc tính ưu việt như điện dẫn suất lớn, sức bền cơ khí cao (chống va đập tốt), chống oxy hóa tốt trong mọi điều kiện thời tiết,…
Sắt là một loại vật liệu dẫn điện rất phổ biến, gắn liền với cuộc sống hàng ngày của con người. Với độ cứng và chắc chắn, cùng với giá thành tương đối rẻ, sắt được dùng làm vật liệu chế tạo công cụ lao động hoặc đồ dùng nội thất. Vì sắt có khả năng dẫn điện, các đồ dùng hàng ngày bằng sắt đều được phủ hoặc mạ lớp bảo bọc bên ngoài để đảm bảo an toàn.
Chì thường có khả năng dẫn điện ở nhiệt độ thấp, sức bền cao, dễ dát mỏng và không bị ăn mòn trong môi trường muối. Tuy nhiên, nhược điểm của chì là dễ bay hơi trong môi trường axit, khí chì bay ra rất độc hại. Vì vậy, chì thường được dùng làm lớp bảo vệ cáp điện, dây dẫn,…
Vonfram có nhiệt độ nóng chảy ở mức 3.422 độ C. Đặc điểm nổi bật của kim loại này là độ cứng cao, khả năng chống ăn mòn bề mặt tốt và không bị ảnh hưởng dưới tác dụng của hồ quang. Tuy nhiên, nhược điểm của vonfram là khó gia công. Kim loại này thường được dùng làm dây tóc bóng đèn.
Natri là kim loại dẫn điện có tính mềm, có thể dùng dao để cắt rời. Trong đời sống, natri được ứng dụng nhiều nhất để sản xuất muối ăn (NaCl). Trong ngành công nghiệp điện, natri được dùng để làm chất bôi trơn trên bề mặt kim loại.
Vàng vốn là một kim loại có tính dẫn điện rất tốt, khả năng dẫn điện của kim loại vàng chỉ xếp thứ 3 sau bạc và đồng. Nguyên nhân là do cấu trúc nguyên tử của vàng cho phép các electron di chuyển dễ dàng giữa các nguyên tử. Tuy nhiên, vì vàng có giá trị cao nên nó thường được dùng để gia công trang sức. Trong sản xuất công nghiệp, người ta dùng các kim loại khác có giá thành rẻ hơn để làm vật dẫn điện.
Bạc là kim loại có khả năng dẫn điện mạnh nhất được ghi nhận hiện nay. Bạc được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các thiết bị điện như dây điện, mạch điện tử,… Bên cạnh đó, khả năng dẫn nhiệt của bạc cũng rất tốt. Bạc cũng được sử dụng trong các bộ phận làm mát của máy tính, điện thoại và các thiết bị điện tử khác.
Crom nổi bật là kim loại cứng nhất hiện nay, có khả năng chống trầy xước tốt. Kim loại này cũng có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tương đối tốt. Crom là chất xúc tác quan trọng, mang đến khả năng chống gỉ sét trên bề mặt của dao, kéo. Ngoài ra, nó còn có thể được dùng làm khuôn đúc cho gạch nung hoặc đánh bóng trên bề mặt vật liệu khác.
Mặc dù các vật liệu dẫn điện là thành phần không thể thiếu trong các thiết bị công nghiệp và góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống, nhưng nếu không sử dụng đúng cách, chúng có thể sẽ gây nguy hại trực tiếp đến tính mạng con người. Vì vậy, trong quá trình sử dụng các loại vật liệu có tính dẫn điện, cần phải lưu ý những điều sau:
Cuộc sống hiện đại của con người gắn liền với các thiết bị điện. Vì vậy, vật liệu dẫn điện để tạo ra nguồn điện thường đóng vai trò hết sức quan trọng. Ngoài các thiết bị thông dụng đã được đề cập, vật liệu dẫn điện còn được ứng dụng vào các sản phẩm nổi bật như:
Để nâng cao hiệu suất và độ bền cho máy móc công nghiệp, người ta sử dụng các vật liệu dẫn điện vào sản xuất van công nghiệp. Ứng dụng cụ thể bao gồm:
Bên trong các đồng hồ đo nước, hợp kim như đồng, nhôm hoặc thép không gỉ thường được sử dụng để chế tạo các cuộn dây dẫn, điện cực và các bộ phận khác. Với độ bền cao cùng khả năng dẫn điện tốt, những đồng hồ nước này đảm bảo việc đo lường được thực hiện một cách chính xác.
Ngoài ra, người ta còn dùng các kim loại dẫn điện để sản xuất các cảm biến đo lường trong đồng hồ nước. Các cảm biến này đủ độ nhạy để nhận các tín hiệu phát ra từ điện cực. Từ đó, giúp đồng hồ tính toán được lượng nước nhanh chóng và chính xác.
Đồng là vật liệu dẫn điện phổ biến nhất nhờ khả năng dẫn điện cao, bền cơ học và giá thành hợp lý. Ngoài ra, nhôm cũng được dùng nhiều trong đường dây tải điện vì nhẹ và rẻ.
Bạc có khả năng dẫn điện tốt nhất trong các kim loại, nhưng do chi phí cao nên ít dùng đại trà, thường chỉ dùng trong ngành điện tử hoặc tiếp điểm đặc biệt.
Vì đồng có độ dẫn điện cao, giá thành rẻ hơn nhiều so với bạc, đồng thời dễ gia công, bền và ít bị oxy hóa.
Có. Một số phi kim như than chì (graphite) có khả năng dẫn điện nhờ cấu trúc đặc biệt. Ngoài ra, các vật liệu dẫn điện polymer và vật liệu nano cũng đang được nghiên cứu và ứng dụng.
Tùy loại: đồng và nhôm dễ bị oxy hóa, trong khi bạc dễ xỉn màu; inox có khả năng chống ăn mòn nhưng dẫn điện kém hơn.
Có. Các loại vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ thấp có khả năng dẫn điện với điện trở bằng 0, nhưng ứng dụng còn hạn chế do chi phí cao.
Độ dẫn điện
Độ bền cơ học
Khả năng chống ăn mòn
Giá thành
Điều kiện môi trường làm việc
Các vật liệu dẫn điện đóng vai trò quan trọng và gắn liền với sinh hoạt hàng ngày trong cuộc sống hiện đại. Tùy vào mức độ dẫn điện và tính chất của vật liệu mà chúng được ứng dụng vào các sản phẩm điện khác nhau. Bài viết đã tổng hợp thông tin của 10 kim loại dẫn điện tốt và thông dụng nhất hiện nay. Hãy truy cập Đại Việt để tìm hiểu thêm thông tin về thiết bị điện nhé.
