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Los 10 mejores materiales conductores del calor
Introducción
En ingeniería avanzada, la conducción térmica es esencial para controlar el calor en dispositivos y maquinaria. Los materiales con alta conductividadtérmica transfieren el calor con eficacia, mejorando el rendimiento y la fiabilidad. A continuación se ofrece una guía clasificada de diez materiales notables, empezando por los más conductores.
1. Grafeno (en plano) (~5000 W/m-K, 3000°C)
El grafeno, una única molécula de átomos de carbono, encabeza la lista. Su inigualable conductividad térmica en el plano lo hace idóneo para microchips, electrónica flexible y sistemas térmicos de prueba de concepto. Algo estancado en las fases de investigación, el grafeno puede ser una fuerza de mejora revolucionaria en la electrónica de alto rendimiento.
2. Diamante (~2200 W/m-K, 2000°C)
El diamante ofrece una excelente conductividad térmica y dureza. El diamante se utiliza en herramientas de corte de alto rendimiento, disipadores de calor láser y disipadores de calor aeroespaciales, donde se requiere un rendimiento de alta fiabilidad en entornos difíciles.
3. Plata (~430 W/m-K)
La plata es el mejor conductor térmico metálico. Utilizada en placas de circuitos impresos, pastas térmicas e intercambiadores de calor, la plata es buena para transferir calor fuera de los componentes electrónicos, pero es costosa para aplicaciones térmicas a gran escala.
4. Grafito (en el plano) (~400 W/m-K, 150°C)
El grafito ofrece una excelente conductividad en el plano a una fracción del coste del diamante o la plata. La estructura plana del grafito distribuye bien el calor en baterías, lubricantes y disipadores electrónicos.
5. Nitruro de boro hexagonal (h-BN, en el plano) (~400 W/m-K, 250°C)
El h-BN tiene la particularidad de ofrecer una alta conductividad térmica y un gran aislamiento eléctrico. Se utiliza en aislamientos de alta temperatura, sistemas de refrigeración líquida y envases de semiconductores.
6. Cobre (~400 W/m-K)
El cobre representa un equilibrio entre precio y rendimiento. Utilizado para cableado, fontanería y aplicaciones de refrigeración, es un conductor térmico de uso general utilizado eléctrica y mecánicamente.
7. Compuestos de plata y diamante (~1000 W/m-K, 600°C)
Los ingenieros preparan un compuesto de plata y diamante para conseguir una alta conductividad y un funcionamiento a alta temperatura. Se utiliza en electrónica aeroespacial y sistemas de defensa donde se necesitan propiedades tanto metálicas como diamantadas.
8. Carburo de silicio (SiC) (~270 W/m-K, 120°C)
ElSiC es apreciado por su resistencia a la tensión y su conductividad térmica. Se utiliza en electrónica de alta potencia, componentes cerámicos y sistemas que requieren resistencia al calor junto con longevidad.
9. Aluminio (~205 W/m-K)
El aluminio es resistente a la corrosión, ligero y fácil de producir. Se utiliza en aplicaciones de automoción, radiadores y electrónica de consumo, y ofrece una conductividad adecuada en aplicaciones en las que el peso es un factor importante.
10. Nitruro de aluminio (AlN) (~180 W/m-K, 140°C)
El AlN ofrece una conductividad térmica de primera clase con aislamiento eléctrico, lo que lo hace adecuado para microelectrónica, circuitos de alta frecuencia y gestión térmica de espesor fino.
Tabla resumen
|
Clasificación |
Material |
Conductividad térmica (W/m-K) |
Temperatura máxima (°C) |
Usos clave |
|
1 |
Grafeno (en plano) |
~5000 |
3000 |
Microchips, electrónica flexible |
|
2 |
Diamante |
~2200 |
2000 |
Herramientas de corte, disipadores térmicos |
|
3 |
Plata |
~430 |
- |
Placas de circuito impreso, pastas térmicas |
|
4 |
Grafito (en plano) |
~400 |
150 |
Baterías, disipadores térmicos |
|
5 |
h-BN (en el plano) |
~400 |
250 |
Aislantes, sistemas de refrigeración |
|
6 |
Cobre |
~400 |
- |
Cableado, fontanería |
|
7 |
Compuesto Ag-Diamante |
~1000 |
600 |
Aeroespacial, electrónica avanzada |
|
8 |
SiC |
~270 |
120 |
Electrónica de potencia, cerámica |
|
9 |
Aluminio |
~205 |
- |
Automoción, electrónica |
|
10 |
AlN |
~180 |
140 |
Microelectrónica, sustratos |
Para obtener datos más específicos y asistencia técnica, consulte Stanford Advanced Materials (SAM).
Conclusión
Desde la innovadora conductividad en el plano del grafeno hasta la combinación de aislamiento y conducción del calor del nitruro de aluminio, estos materiales satisfacen un amplio espectro de especificaciones de ingeniería. La selección del material adecuado depende del rango de temperatura, las propiedades eléctricas, el gasto y las necesidades específicas de rendimiento.
Preguntas más frecuentes
F: ¿Por qué un material tiene conductividad térmica?
P: El enlace atómico y la estructura afectan a la capacidad de un material para conducir el calor.
F: ¿Cómo se utiliza la alta conductividad térmica en electrónica?
P: Ayuda a disipar el exceso de calor, protege los componentes y mantiene el funcionamiento del dispositivo.
F: ¿Se utilizan estos materiales en condiciones de temperaturas extremas?
P: Sí, muchos funcionan bastante bien incluso a altas temperaturas, garantizando la fiabilidad en entornos difíciles.
Chin Trento
