銅金屬有何缺點？
金屬之所以能導電，是因為自由電子，而電線便是透過金屬能導電的特性，讓電荷可以自由地從一個地方移動到另一個地方。不同的金屬材料中，自由電子的情況不同，導電能力也有所不同。當可以自由流動的電子越多，速度越快，金屬的導電性就越好。
雖然目前大多數國家電線和電器設備都使用銅作為傳導的金屬，然而，銅並非最完美的導電材質。
銅礦屬於地球上的有限資源，雖然是 100% 可回收的金屬，但由於需求大量增加，因此價格仍持續攀升中，甚至在華爾街投行高盛的報告中被稱作「新石油」。
除此之外，銅金屬的質量也相當大，因此也會影響產品的重量。特別是作為未來交通工具趨勢的電動車，使用的銅是傳統汽車的四倍，因此許多車廠也開始尋找更好、更輕的金屬試圖取代銅。許多高壓電線也開始導入鋁線，因為重量較輕，代表能串接的距離也更遠。
鋁是地表上最豐富的金屬之一，也比銅礦更容易挖掘。雖然鋁的導電度只有銅的 60%，但重量也只有銅的三分之一，也就是相同重量下，鋁的導電度可以達到銅的二倍。更重要的是，鋁的成本比銅便宜多了！
如何提升鋁的傳導性？
為了提高導電性，世界各地的材料科學家一直不斷地在尋找更完美的原子排列。他們的主要目標是提高金屬的純度，去除雜質的或任何可能影響電荷流動的因素。如果鋁的導電率能達到銅的 80% 到 90%，也就是說，如果鋁的導電率可以提高，那麼鋁取代銅的可能性就更高了。
然而，過去幾乎沒有增加金屬導電性的相關研究，大多研究都是針對半導體和絕緣體。西北太平洋國家實驗室（PNNL）的一項新研究就對金屬的傳導機制提出新的見解，這可能大大改變人類的未來。
目前世界上 95% 的鋁業公司都使用拜耳法（Bayer process）生產氧化鋁，接著利用霍爾—埃魯法（Hall–Héroult process）將氧化鋁熔煉成金屬。這兩項技術的聯用大大提高了鋁的產量，也擴大了鋁的應用範圍，至今仍然是主要的工業制鋁方法。
不過，在熔煉鋁的過程中，需要加熱到接近攝氏 1000 度，使其成為熔融狀態，因此生產鋁需要的能源大約是生產銅的四倍。這樣的生產過程不僅對環境相當不友善，對於石墨這樣的添加劑來說，溫度也太高了，很容易影響煉製出來的產物。
而 PNNL 的研究人員則改採用一種稱之為「固相製造」（solid-phase manufacturing）的技術，在較低的溫度下利用剪力（shearing forces）和摩擦力，讓碳和金屬進行反應。要成功的關鍵，還是要在足夠高的溫度下進行，但目的只是要讓鋁變得比較靈活，也就是讓其具有塑性，而不是熔化。
這讓研究人員能夠更精細地進行控制，然後之後再透過電腦進行模擬和驗證。團隊目前的第一步是先嘗試生產由全新的鋁合金製成的電線，從公分開始測試，慢慢延長到幾公尺長度。接下來，團隊將嘗試製造條狀和片狀材料，這些材料都需特過一連串地測試和檢驗，以確保它們不僅更具導電性，而且也足夠堅固和靈活。
如果未來這些材料真的順利通過了這些測試，將可大量用於工業用途。團隊也將與製造商合作，生產更多的鋁合金。
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※本文授權自科技報橘，原文見此。
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