就目前而言，在電力行業(yè)，銅是王者。據(jù)外媒報(bào)道，太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）的新研究可能改變這種情況。該實(shí)驗(yàn)室提供了一種提高鋁導(dǎo)電性的方法，使其在經(jīng)濟(jì)效益上比銅更具有競(jìng)爭(zhēng)力。這項(xiàng)研究打開了實(shí)驗(yàn)的大門，如果成功的話，將提供一種可以替代銅的超導(dǎo)電鋁。這種鋁可用于輸電線路以外的市場(chǎng)，徹底改變汽車、電子產(chǎn)品和電網(wǎng)。

（圖片來源：太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室）

        研究人員表示，如果用導(dǎo)電性更高的鋁取代銅，將產(chǎn)生巨大的影響，因?yàn)殇X更輕、成本更低、更豐富。

銅和鋁

        目前，銅的需求量不斷增長(zhǎng)，迅速超過其供應(yīng)量，從而導(dǎo)致成本上升。作為一種很好的導(dǎo)體，銅的應(yīng)用非常廣泛，包括手持電子設(shè)備，以及為互聯(lián)網(wǎng)供電的水下傳輸電纜等。然而，銅越來越少，越來越貴，這一點(diǎn)不容忽視。隨著電動(dòng)汽車不斷發(fā)展，預(yù)計(jì)這一趨勢(shì)將越來越嚴(yán)峻，因?yàn)殡妱?dòng)汽車中使用的銅是傳統(tǒng)汽車的兩倍。此外，銅很重，也會(huì)影響電動(dòng)汽車的效率。

        鋁的價(jià)格和重量比銅低三分之二。但是，鋁的導(dǎo)電性相對(duì)較低，僅為銅的60%左右，使其實(shí)際應(yīng)用受限。

        PNNL研究人員Keerti Kappagantula表示：“導(dǎo)電性很關(guān)鍵，因?yàn)槭褂镁哂型葘?dǎo)電性的輕質(zhì)導(dǎo)線，設(shè)計(jì)出來的電機(jī)和其他電子部件也更輕，這樣就可以延長(zhǎng)汽車的續(xù)航里程。任何依靠電力運(yùn)行的東西，都可以因此變得更高效，比如汽車電子設(shè)備、能源發(fā)電，以及通過電網(wǎng)給家中的汽車電池充電?！?/p>

提高鋁的導(dǎo)電性將改變游戲規(guī)則

        Kappagantula解釋說：“多年來，研究人員一直認(rèn)為，金屬的導(dǎo)電性是不可能提高的。然而，事實(shí)并非如此。如果改變金屬的結(jié)構(gòu)，并引入合適的添加劑，確實(shí)可以影響其性能?！?/p>

        為了解鋁的導(dǎo)電性可以提高多少，Kappangantula、PNNL博士后學(xué)者Aditya Nittala與俄亥俄大學(xué)（Ohio University）的著名教授David Drabold和研究生Kashi Subedi合作，確定溫度和結(jié)構(gòu)缺陷對(duì)鋁導(dǎo)電性的影響，并開發(fā)了一種可逐一控制各個(gè)原子的配方，以提高導(dǎo)電性。

        由于從末對(duì)金屬進(jìn)行此類分子模擬，研究人員希望從半導(dǎo)體中找到靈感。因?yàn)橹耙延幸恍┭芯砍晒δM了這些硅基材料和一些金屬氧化物的導(dǎo)電性。該團(tuán)隊(duì)將這些概念應(yīng)用到鋁的研究中，并模擬了如果鋁結(jié)構(gòu)中的單個(gè)原子被移除或重新排列，這種金屬的導(dǎo)電性會(huì)發(fā)生什么變化。這些微小的變化疊加在一起，從總體上大幅提高了導(dǎo)電性。

        該模型模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的能力，甚至讓團(tuán)隊(duì)人員感到驚訝。Kappagantula表示：“沒想到這些結(jié)果會(huì)這樣接近現(xiàn)實(shí)。這種基于原子結(jié)構(gòu)及其不同狀態(tài)的模型模擬，能夠達(dá)到很高的精確度?！?/p>

        現(xiàn)在，研究人員已明確可以改變金屬導(dǎo)電性的理論方法，并計(jì)劃在實(shí)驗(yàn)室中了解鋁導(dǎo)電性的具體提升程度，以使理論值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。另外，探討通過同樣的模擬過程提高其他金屬導(dǎo)電性的可能性。

        該團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)，開發(fā)導(dǎo)電性更高的鋁，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。這種超導(dǎo)電鋁價(jià)格合理、重量輕，如果成功的話，所有使用電力或銅的應(yīng)用都將從中受益。