Investigadores aragoneses desarrollan un material conductor más ligero y resistente que el cobre a base de fibras de carbono

Las fibras de carbono y los nanotubos de carbono se perfilan como una alternativa cada vez más sólida al cobre en sistemas eléctricos. Un equipo de investigadores aragoneses ha participado en un hallazgo que podría transformar sectores estratégicos gracias a un material más ligero, resistente y eficiente.

El avance, recogido en un estudio publicado en la revista científica Science, demuestra que las fibras de nanotubos de carbono pueden alcanzar niveles de conductividad eléctrica comparables a los de materiales tradicionales como el cobre o el aluminio, manteniendo además una ventaja significativa en términos de peso.

Un material conductor que podría reemplazar al cobre en múltiples industrias

La investigación ha sido liderada por el Instituto IMDEA Materiales y ha contado con la participación de científicos del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA) y representa un paso importante hacia la sustitución del cobre en determinadas aplicaciones eléctricas.

Los resultados muestran que las fibras de nanotubos de carbono (CNT) pueden alcanzar una conductividad eléctrica de hasta 24,5 MS/m (MegaSiemens por metro) mediante un proceso de fabricación escalable.

Una de las principales ventajas de este material es su ligereza. Según los datos obtenidos por los investigadores, estas fibras pueden tener un peso hasta seis veces inferior al del cobre, una característica especialmente relevante para sectores donde cada kilogramo cuenta.

Entre las aplicaciones potenciales destacan los vehículos eléctricos, la industria aeronáutica, los drones y las redes eléctricas. En todos estos ámbitos, reducir el peso del cableado puede contribuir a mejorar la eficiencia energética y el rendimiento general de los sistemas.

La participación del INMA ha sido fundamental para analizar la estructura y las propiedades de estos materiales a escala subnanométrica. En el estudio han participado los investigadores de la Universidad de Zaragoza Raúl Arenal y Mario Peláez Fernández, integrantes del grupo Nanoscopia en Materiales de Baja Dimensión (NLDM).

La clave del avance está en un nuevo proceso de dopado

El logro científico se basa en la incorporación de un nuevo agente dopante denominado tetracloroaluminato (AlCl₄⁻) en las fibras de nanotubos de carbono. Este procedimiento permite incrementar notablemente la conductividad eléctrica sin modificar la estructura del material ni afectar sus propiedades mecánicas.

Gracias a esta técnica, los investigadores consiguieron multiplicar por más de 17 la conductividad eléctrica del material original. De este modo, las fibras alcanzan valores que se aproximan a los del cobre, uno de los materiales conductores más utilizados en la actualidad.

Además de mejorar la conductividad, el nuevo material destaca por combinar resistencia mecánica y bajo peso. Los resultados indican que estas fibras podrían llegar a ser hasta cinco veces más resistentes que los cables convencionales mientras mantienen aproximadamente la mitad de su peso.

Para validar estos resultados se emplearon técnicas avanzadas de microscopía y espectroscopía electrónica desarrolladas en el Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA) de la Universidad de Zaragoza.

El papel del INMA y del Laboratorio de Microscopías Avanzadas

El trabajo refleja también la capacidad de la ciencia española para liderar investigaciones en materiales avanzados con potencial aplicación industrial. La colaboración entre el INMA e IMDEA Materiales ha permitido combinar distintas áreas de especialización para desarrollar este avance.

El Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón es un centro mixto del CSIC y la Universidad de Zaragoza que reúne a cerca de 300 investigadores. Además, se convirtió en el primer instituto aragonés en obtener la acreditación de excelencia Severo Ochoa, otorgada por la Agencia Estatal de Investigación.

Por su parte, el Laboratorio de Microscopías Avanzadas forma parte desde 2014 de la Infraestructura Integrada de Microscopía Electrónica de Materiales (ELECMI), una Infraestructura Científica y Técnica Singular del Estado español. Su equipamiento y capacidad técnica han sido determinantes para caracterizar las nuevas fibras conductoras.

Los investigadores consideran que este avance abre nuevas posibilidades para desarrollar sistemas eléctricos más eficientes y ligeros, un objetivo especialmente relevante en sectores donde la reducción de peso puede traducirse en un menor consumo energético y mejores prestaciones.