Vật liệu dẫn điện là gì? Bật mí top 10+ vật liệu dẫn điện tốt nhất

Đóng vai trò là vật dẫn quan trọng trong các thiết bị điện, vật liệu dẫn điện là vật chất cho phép dòng điện lưu thông dễ dàng. Vậy, vật liệu dẫn điện được định nghĩa như thế nào? Những chất, hợp chất nào có khả năng dẫn điện? Kobler sẽ bật mí top 10+ vật liệu có tính dẫn điện tốt nhất hiện nay.

1. Vật liệu dẫn điện là gì?

Vật liệu dẫn điện là một loại vật chất có khả năng dẫn điện, cho phép dòng điện đi qua theo hướng một chiều hoặc hai chiều. Trên cơ sở khoa học, các vật dẫn này có mang điện tích (electron) tự do. Dưới tác động của dòng điện, các hạt electron này sẽ di chuyển theo một chiều hướng nào đó.

Trong tự nhiên, các vật liệu dẫn điện tồn tại ở nhiều trạng thái, có thể ở dạng lỏng, rắn hoặc dạng khí. Trong đó, kim loại là chất có khả năng dẫn điện tốt nhất.

1.1 Tính chất nổi bật của vật liệu dẫn điện

Có rất nhiều vật chất có khả năng dẫn điện, có thể là kim loại, thậm chí là trái đất, cơ thể con người và động vật. Tuy nhiên, đa phần chỉ có kim loại được ứng dụng làm vật liệu dẫn điện trong sản xuất. Cho nên, để đủ điều kiện làm vật liệu dẫn điện, cần hội tụ những đặc tính nổi bật sau đây:

• Tính dẫn điện:

Đây là tính chất đặc trưng đầu tiên phải kể đến, cũng chính là công dụng của vật chất. Mỗi loại vật liệu sẽ có khả năng dẫn điện khác nhau. Để đánh giá khả năng dẫn điện của một chất, người ta sẽ dựa vào những thông số như điện trở, hệ số nhiệt trở. Điện trở của vật càng thấp thì khả năng dẫn điện càng cao.

• Tính dẫn nhiệt và nóng chảy:

Trong điều kiện nhiệt độ cao, các vật liệu dẫn điện sẽ nóng chảy nhanh chóng. Đồng thời, vật chất nào dễ nguội khi truyền lạnh hoặc nóng nhanh khi được đốt nóng sẽ có tính dẫn điện cao hơn. Ngược lại, những loại cần thời gian đốt nóng càng lâu thì độ dẫn điện, dẫn nhiệt sẽ kém đi.

• Tính giãn nở:

Tương tự như vậy, khi bị đốt nóng ở nhiệt độ cao các vật liệu này sẽ bị giãn nở ra. Khi bị truyền lạnh sẽ co lại. Cũng vì tính chất này mà khi sử dụng vật liệu dẫn điện trong các công trình xây dựng, cần giữ khe hở vừa phải để giải phóng nhiệt khi cần thiết.

• Tính nhiễm từ:

Không phải vật liệu dẫn điện nào cũng có tính nhiễm từ. Tính chất này chỉ biểu hiện ở một số chất nhất định. Nổi bật nhất là sắt và hợp kim của sắt, Niken, Coban. Tuy nhiên cần đặt trong môi trường có từ trường thì chúng mới thể hiện được tính nhiễm từ.

• Khả năng chống ăn mòn:

Các vật liệu này đều có khả năng chống ăn mòn rất tốt, dù trong môi trường bình thường hay nhiệt độ cao. Đặc tính chống ăn mòn là nhờ vào khả năng chống oxy hóa của vật chất. Các chất có khả năng chống oxy hóa càng cao thì độ dẫn điện càng tốt.

• Tính chất cơ học:

Các loại vật liệu có tính dẫn điện tốt thường đi kèm với những đặc tính cơ học như: chịu lực nén, chịu xoắn, chịu lực kéo,…

1.2 Đặc điểm chính của vật liệu dẫn điện

Khi ứng dụng vào thực tế, vật liệu dẫn điện cần phải liên kết với nhiều vật chất hay dụng cụ khác, cùng chịu tác động của nhiệt độ, áp lực khác nhau. Vì thế, một vật chất được cho là có khả năng dẫn điện cần có nhiều đặc điểm để thích ứng. Những đặc điểm chính cần có như sau:

• Dễ uốn cong: hầu hết các vật liệu có tính dẫn điện tốt đều có thể uốn cong, tạo hình mà không bị gãy, vỡ. Nhờ đó, chúng được sử dụng để gia công, tạo nên các sản phẩm công nghiệp phức tạp.
• Chống mài mòn, chống oxy hóa: duy trì được khả năng dẫn điện trong thời gian dài.
• Có lớp cách điện: khi sử dụng trong các công trình xây dựng, các vật liệu này đều phải được bao phủ bởi lớp áo cách nhiệt bên ngoài. Điều này nhằm đảm bảo an toàn, không để dòng tiện tiếp xúc trực tiếp với con người.

1.3 Cách phân loại vật liệu dẫn điện

Dựa vào trạng thái của vật chất, các loại vật liệu có khả năng dẫn điện hiện nay được phân thành 3 loại, đó là:

• Vật liệu dẫn điện ở thể rắn: Các vật liệu tồn tại ở thể rắn bao gồm kim loại và hợp kim. Dựa vào thông số điện trở của vật, người ta sẽ ứng dụng cho từng hạng mục khác nhau. Các vật liệu có điện trở thấp tương đương với tính dẫn điện cao sẽ được dùng làm dây dẫn, cáp dẫn điện. Ngược lại, vật liệu có điện trở thấp được dùng làm dụng cụ đốt nóng, chẳng hạn như biến trở hay 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 đã qua nóng chảy. Nhiệt độ nóng chảy của các kim loại dẫn điện là rất cao, 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 sẽ tồn tại ở thể khí trong một điều kiện nhất định. Tuy nhiên, chúng không quá phổ biến và cũng không được ứng dụng nhiều trong sản xuất.

2. Top 10+ vật liệu dẫn điện tốt nhất nên tham khảo

Trong tự nhiên có rất nhiều vật liệu có khả năng dẫn điện. Tuy nhiên, dựa vào tính chất, giá trị và độ linh hoạt của từng vật liệu mà người ta sử dụng theo từng mục đích khác nhau. Có những vật chất có khả năng dẫn điện rất tốt nhưng vì giá thành nên không thể ứng dụng vào sản xuất công nghiệp. Dưới đây là top 10+ vật liệu dẫn điện tốt nhất hiện nay:

2.1 Bạch kim (Platin)

Bạch kim là 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, thường được ứng dụng làm đồng hồ điện với yêu cầu độ nhạy cao.

2.2 Nhôm (Al)

Nhôm là vật liệu dẫn điện khá phổ biến, được ứng dụng nhiều trong sản xuất dây dẫn, dây cáp, tụ điện,… Kim loại nhôm rất mềm, dễ dát mỏng hay kéo sợi. Nhược điểm của nhôm là dễ bị ăn mòn 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.

2.3 Đồng (Cu)

Tính dẫn điện của đồng không phải cao nhất trong các kim loại. Tuy nhiên, 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 rất nhiều đặc tính ưu việt như: điện dẫn suất lớn, sức bền cơ khí cao nên khả chống va đập tốt, chống oxy hóa tốt trong mọi điều kiện thời tiết,…

2.4 Sắt (Fe)

Sắt là một loại vật liệu dẫn điện rất phổ biến, gắn liền với cuộc sống hằng ngày của con người. Nhờ có độ cứng và chắc chắn, kèm với giá thành tương đối rẻ, sắt được dùng làm vật liệu chế tạo công cụ lao động hoặc các đồ dùng nội thất. Cũng vì sắt có khả năng dẫn điện nên các đồ dùng hằng ngày bằng sắt đều được phủ hoặc mạ lớp bao bọc bên ngoài để đảm bảo an toàn.

2.5 Chì (Pb)

Chì 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 sử dụng làm lớp bảo vệ cáp điện, bảo vệ dây dẫn,…

2.6 Vonfram (W)

Vonfram có nhiệt độ nóng chảy ở mức 3.422 độ C. Đặc điểm nổi bật của kim loại này là có độ cứng cao, khả năng chống ăn mòn bề mặt tốt, không bị ảnh hưởng dưới tác dụng của hồ quang. Tuy nhiên, nhược điểm của Wolfram là khó gia công. Kim loại này thường được ứng dụng làm dây tóc bóng đèn.

2.7 Natri (Na)

Natri là kim loại dẫn điện có tính mềm, có thể dùng dao để cắt rời mảnh kim loại Natri. Trong đời sống, Natri được ứng dụng nhiều nhất để sản xuất muối ăn Natri Clorua (NaCl). Trong ngành công nghiệp điện, Natri được dùng làm chất bôi trơn trên bề mặt kim loại.

2.8 Vàng (Au)

Vàng vốn là một kim loại có tính dẫn điện rất tốt, khả năng dẫn điện của vàng chỉ xếp thứ 3 sau bạc và đồng. Nguyên nhân là trong cấu trúc nguyên tử của vàng, các electron có thể di chuyển dễ dàng giữa các nguyên tử. Tuy nhiên, vàng là kim loại có giá trị cao nên được dùng để gia công trang sức. Các sản phẩm công nghiệp phải dùng kim loại khác có giá thành rẻ hơn để làm vật dẫn điện.

2.9 Bạc (Ag)

Bạc là kim loại có khả năng dẫn điện mạnh nhất được ghi nhận hiện nay. Bạc được dùng rất nhiều trong hầu hết các thiết bị điện như: dây điện, mạch điện tử,…Đi kèm với đó là 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 hay các thiết bị điện tử khác.

2.10 Crom (Cr)

Crom nổi bật là kim loại cứng nhất hiện nay, đi kèm với 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, còn có thể dùng làm khuôn đúc cho gạch nung hoặc đánh bóng trên bề mặt vật liệu khác.

3. Một số lưu ý khi sử dụng các loại vật liệu dẫn điện

Mặc dù các vật liệu dẫn điện là thành phần không thể thiếu trong các thiết bị công nghiệp, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống. Tuy nhiên, nếu không biết sử dụng đúng cách, chúng có thể 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 lưu ý những điều sau:

• Dùng các vật liệu cách điện bao bọc bên ngoài để đảm bảo an toàn khi sử dụng hằng ngày.
• Không để các vật dẫn điện tiếp xúc trực tiếp với nhau, điều này sẽ gây ra phản ứng ăn mòn điện hóa.
• Lắp đặt và sử dụng điện đảm bảo tuân thủ các quy chuẩn an toàn. Cẩn thận khi sử dụng điện trong mùa hè có thể dễ gây cháy nổ.
• Giữ khoảng cách an toàn với thiết bị điện, đặc biệt là với nguồn điện.

4. Ứng dụng trong thực tế của các loại vật liệu dẫn điện

Cuộc sống của con người hiện đại đều gắn liền với các thiết bị điện. Vì vậy, vật liệu dẫn điện để tạo ra nguồn điện đóng vai trò hết sức quan trọng. Ngoài các thiết bị thông dụng đã kể các phần trên, vật liệu dẫn điện còn được ứng dụng vào các sản phẩm nổi bật như:

4.1 Ứng dụng trong sản xuất van công nghiệp

Nhằm 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:

• Phủ lên bề mặt của van để chống ăn mòn và tăng độ bền: Sử dụng các kim loại dẫn điện phủ lên bên trên để chống ma sát cho lớp bề mặt.
• Đúc nên các bộ phận của van công nghiệp: Các kim loại như đồng, thép, gang cũng có thể dụng để đúc thân van. Hợp kim nhôm có thể dùng làm tay van hoặc cánh van,…
• Vật liệu dẫn điện để sản xuất van điện từ: các loại van được sản xuất từ hợp kim nhôm hoặc hợp kim thép có độ bền cao, khả năng hoạt động nhanh và chính xác.

4.2 Ứng dụng trong sản xuất đồng hồ đo nước

Bên trong các đồng hồ đo nước, người ta thường sử dụng hợp kim đồng, nhôm hoặc thép không gỉ để tạo thành các cuộn dây dẫn, điện cực và một số bộ phận khác. Nhờ độ bền cao và khả năng dẫn điện tốt, các loại đồng hồ nước này đảm bảo được khả năng đo lường chính xác.

Ngoài ra, người ta còn dùng các kim loại dẫn điện để sản xuất ra các cảm biến đo lường trong đồng hồ nước. Các cảm biến này đủ độ nhạy để nhận ra các tín hiệu phát ra từ điện cực. Từ đó, giúp đồng hồ tính toán được lượng nước nhanh chóng và chính xác.

Các vật liệu dẫn điện đóng vai trò quan trọng, gắn liền với sinh hoạt hằng trong đời sống hiện đại. Tùy vào mức độ dẫn điện và tính chất của vật mà ứng dụng vào từng sản phẩm điện khác nhau. Bài viết đã tổng hợp thông tin của 10 kim loại dẫn điện tốt và phổ biến nhất hiện nay. Đừng quên truy cập Kobler để tìm hiểu những thông tin về các nguyên vật liệu ứng dụng trong đời sống và sản xuất.