Czy miedź jest materiałem przyszłości? Nowe zastosowania w elektronice i motoryzacji

Wykorzystuje się ją w różnych gałęziach przemysłu, a dzięki swoim wyjątkowym cechom i właściwościom umożliwia rozwój wielu technologii. W tym artykule  wyjaśnimy, dlaczego nazywa się ją materiałem przyszłości i jakie jest znaczenie miedzi w kontekście rozwoju elektroniki oraz motoryzacji. Zapraszamy do lektury!

Materiał przyszłości, czyli o unikalnych cechach miedzi

Miedź, od wieków ceniona za swoje unikalne atrybuty, w erze dynamicznego postępu technologicznego urasta do rangi materiału strategicznego o fundamentalnym znaczeniu dla przyszłych innowacji. Jej niezrównane właściwości fizykochemiczne, odróżniające ją od innych powszechnie stosowanych surowców, czynią ją kluczowym elementem w zaawansowanych aplikacjach inżynierskich, od systemów energetycznych po nowoczesne technologie medyczne.

 Przede wszystkim jest jednym z najlepszych przewodników prądu elektrycznego. Charakteryzuje się jedną z najwyższych przewodności elektrycznych wśród metali technicznych. Ta fundamentalna właściwość przekłada się na minimalizację strat energii w procesach przesyłu i dystrybucji, co jest kluczowe w kontekście rosnącego zapotrzebowania na energię i dążenia do zwiększenia efektywności energetycznej. Wykorzystanie miedzi w zaawansowanych systemach elektroenergetycznych, w tym w inteligentnych sieciach (smart grids) oraz w infrastrukturze pojazdów elektrycznych (EV), jest nieodzowne dla zapewnienia stabilności i niezawodności dostaw energii. Ponadto, wysoka przewodność elektryczna miedzi ma kluczowe znaczenie w precyzyjnych instrumentach pomiarowych i zaawansowanych układach elektronicznych.

To jednak nie wszystko. Do innych wyjątkowych cech miedzi zaliczamy:

• wysoką przewodność cieplną, dzięki czemu odgrywa kluczową rolę w zarządzaniu temperaturą w nowoczesnych maszynach i systemach. Ta właściwośćczyni ją niezastąpionym materiałem w aplikacjach wymagających efektywnego odprowadzania ciepła. Od systemów chłodzenia w zaawansowanych procesorach i układach scalonych, poprzez wymienniki ciepła w instalacjach przemysłowych i systemach HVAC (ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja), aż po innowacyjne rozwiązania w energetyce odnawialnej (np. kolektory słoneczne). Miedź odgrywa kluczową rolę w optymalizacji wydajności i trwałości urządzeń oraz systemów. Jej zdolność do szybkiego i efektywnego transferu ciepła jest nieoceniona w utrzymaniu stabilnych warunków pracy i zapobieganiu przegrzewaniu się komponentów.
• odporność na korozję i warunki środowiskowe -  naturalna odporność miedzi na korozję i agresywne warunki środowiskowe, w tym wilgoć, zanieczyszczenia atmosferyczne oraz działanie wielu substancji chemicznych, zapewnia długoterminową niezawodność instalacji i urządzeń wykonanych z tego materiału. Ta właściwość jest szczególnie istotna w wymagających środowiskach, takich jak zewnętrzne instalacje elektryczne, przemysł morski (konstrukcje okrętowe, instalacje podwodne), energetyka wiatrowa (elementy turbin wiatrowych narażone na ekstremalne warunki atmosferyczne) oraz w aplikacjach podziemnych. Trwałość miedzi minimalizuje koszty konserwacji i wymiany, przyczyniając się do ekonomicznej efektywności projektów inżynierskich.
• dobrą plastyczność, dzięki której obróbka miedzi jest prosta. Dobra plastyczność i ciągliwość miedzi umożliwiają jej łatwą obróbkę plastyczną na zimno i na gorąco, pozwalając na formowanie złożonych kształtów i precyzyjnych komponentów. Ta właściwość jest kluczowa w produkcji zaawansowanych elementów dla różnych gałęzi przemysłu, w tym w elektroenergetyce, elektronice (precyzyjne złącza, elementy przewodzące), motoryzacji (wiązki przewodów, elementy układów chłodzenia), czy w medycynie (instrumenty chirurgiczne, implanty). Łatwość obróbki przekłada się na niższe koszty produkcji i większą swobodę projektowania inżynierskiego.
• wysoki potencjał recyklingu: wkład w gospodarkę obiegu zamkniętego i zrównoważony rozwój; możliwość ponownego przetwarzania, miedźjest materiałem o niemal nieograniczonym potencjale recyklingu bez utraty swoich kluczowych właściwości. Możliwość wielokrotnego odzyskiwania i przetapiania złomu miedzi przyczynia się do zmniejszenia zapotrzebowania na pierwotne zasoby naturalne, redukcji emisji CO2 związanych z wydobyciem i przetwórstwem rud oraz minimalizacji ilości odpadów. Wysoki wskaźnik recyklingu miedzi wpisuje się w ideę gospodarki obiegu zamkniętego i stanowi istotny element zrównoważonego rozwoju przemysłu metali.
• działanie antybakteryjne – miedź i jej stopy niszczą bakterie, wirusy oraz grzyby. Unikalne właściwości antybakteryjne miedzi i jej stopów (np. mosiądzu, brązu) są coraz szerzej badane i wykorzystywane w aplikacjach związanych z higieną i ochroną zdrowia. Jony miedzi wykazują silne działanie biobójcze wobec szerokiego spektrum mikroorganizmów, w tym bakterii, wirusów i grzybów. Wykorzystanie powierzchni miedzianych w szpitalach, transporcie publicznym oraz w systemach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych może przyczynić się do ograniczenia rozprzestrzeniania się infekcji i poprawy bezpieczeństwa sanitarnego.

Wszystko to ma ogromny wpływ na istotną rolę miedzi we współczesnym świecie. W praktyce rozwój technologiczny bez jej udziału nie byłby możliwy.

Nowe zastosowania miedzi w elektronice

W ostatnich latach zauważalny jest intensywny rozwój elektroniki, który przekłada się na dynamiczne zmiany w niemal każdej dziedzinie życia – od codziennego funkcjonowania, przez medycynę i edukację, aż po przemysł i transport. Miniaturyzacja komponentów, wzrost mocy obliczeniowej oraz integracja urządzeń z technologiami bezprzewodowymi sprawiają, że elektronika staje się coraz bardziej inteligentna, efektywna i wszechobecna. W tym kontekście, miedź, ze swoimi niezrównanymi właściwościami fizykochemicznymi, odgrywa kluczową i często niedocenianą rolę, stanowiąc fundament dla dalszego postępu w tej strategicznej gałęzi przemysłu.

Stanowi ona nieodzowny element:

• płyt głównych i układów scalonych – w złożonych architekturach płyt głównych (PCB) i zaawansowanych układach scalonych (IC), miedź pełni fundamentalną funkcję jako warstwa przewodząca, umożliwiając szybką i efektywną transmisję sygnałów elektrycznych przy minimalnych stratach rezystancyjnych. Wysoka przewodność elektryczna miedzi jest kluczowa dla utrzymania integralności sygnału i minimalizacji opóźnień w coraz bardziej złożonych i wymagających systemach elektronicznych. W procesach litograficznych stosuje się precyzyjne techniki nanoszenia miedzi, aby tworzyć mikroskopijne ścieżki przewodzące o optymalnych parametrach elektrycznych.
• druku 3D – innowacyjne zastosowanie nanocząsteczek miedzi w tuszach przewodzących otwiera nowe możliwości w dziedzinie druku 3D elektroniki. Ta technologia umożliwia wytwarzanie złożonych trójwymiarowych struktur przewodzących, obwodów elektrycznych o niestandardowych kształtach oraz zintegrowanych sensorów bezpośrednio na różnych podłożach. Wykorzystanie miedzi w druku addytywnym pozwala na prototypowanie i produkcję spersonalizowanych komponentów elektronicznych o unikalnych właściwościach i funkcjonalnościach, znajdując zastosowanie m.in. w elastycznej elektronice i systemach wbudowanych.
• systemów chłodzenia – dzięki doskonałej przewodności cieplnej jest wykorzystywana w radiatorach (np. dla komputerów czy serwerów) i nowoczesnych systemów chłodzenia cieczą;
• centrów danych – w rozległej infrastrukturze centrów danych, miedź odgrywa wieloaspektową rolę, zapewniając niezawodne zasilanie (wysokoprądowe szyny zbiorcze, bus bary), wydajne chłodzenie (elementy systemów HVAC i chłodzenia cieczą) oraz skuteczną ochronę przed zakłóceniami elektromagnetycznymi (ekranowanie pomieszczeń i kabli). Stabilność i niezawodność infrastruktury IT, na której opiera się współczesna gospodarka cyfrowa, jest w dużej mierze uzależniona od właściwego wykorzystania miedzi w kluczowych systemach.
• magazynów energii – miedź odgrywa istotną rolę w rozwoju zaawansowanych technologii magazynowania energii, w szczególności w akumulatorach litowo-jonowych, które są kluczowe dla rozwoju branży odnawialnych źródeł energii (OZE) oraz elektromobilności. Miedziane folie i kolektory prądowe są wykorzystywane w konstrukcji ogniw akumulatorowych, zapewniając efektywny przepływ prądu i minimalizując straty energii.
• kabli ekranowanych – miedziane przewody tego typu ograniczają szumy elektryczne, polepszają przesył sygnału i ograniczają promieniowanie elektromagnetyczne;
• technologii półprzewodnikowych – z części miedzianych korzystają m.in. nowoczesne chipy, np. w smartfonach;
• czujników (np. temperatury) oraz sensorów (np. przemysłowych i medycznych). Wykorzystuje się tutaj zarówno jej właściwości elektryczne (zmiana rezystancji w zależności od temperatury), jak i termiczne (wysoka przewodność cieplna do szybkiego pomiaru temperatury). Trwałość i stabilność właściwości miedzi zapewniają niezawodne działanie tych kluczowych komponentów w systemach monitorowania i kontroli.

Warto dodać, że unikalne cechy miedzi docenione zostały również w technologiach lotniczych, kosmicznych i wojskowych. Znajduje zastosowanie w radarach (wysokoczęstotliwościowe elementy przewodzące), systemach komunikacji (ekranowane kable, anteny) oraz w krytycznej elektronice pokładowej, gdzie niezawodność i odporność na ekstremalne warunki są priorytetem.

Rola miedzi w rozwoju motoryzacji

Kluczowa rola  miedzi wykracza daleko poza powszechnie dyskutowany wkład w rozwój elektromobilności, obejmując szerokie spektrum aplikacji w pojazdach spalinowych, hybrydowych, elektrycznych oraz wodorowych, a także w infrastrukturze ładowania i systemach autonomicznej jazdy. Stanowi kluczowy składnik elektrycznych układów napędowych– jest wykorzystywana do produkcji przewodów zasilania, cewek czy falowników. Stosuje się ją również w akumulatorach litowo-jonowych i przetwornicach. To surowiec, który pozwala na inteligentne zarządzanie silnikiem i jego efektywną pracę przez wiele lat. Ile miedzi jest w samochodzie elektrycznym? Nawet 80 kg!

Miedź jest również  niezbędna  w:

• okablowaniu – w nowoczesnych pojazdach, nie tylko elektrycznych, przewody miedziane zapewniają niezawodne zasilanie kluczowych systemów, w tym silników, baterii, jednostek sterujących (ECU), systemów bezpieczeństwa oraz komfortu.
• systemach chłodzenia silników i baterii – jej wysoka przewodność cieplna umożliwia zapobieganie przegrzewania się baterii oraz silników;
• systemach radarowych i komunikacji – bez miedzi niemożliwe byłoby prawidłowe działanie Wi-Fi, Bluetooth, GPS czy czujników, np. w systemach bezpieczeństwa;
• podzespołach samochodów –miedź i jej stopy znajdują zastosowanie w różnorodnych podzespołach mechanicznych pojazdów, takich jak zawory, łożyska, uszczelki oraz elementy układów hydraulicznych. Jej odporność na korozję, wysokie temperatury i zużycie mechaniczne zapewnia długotrwałą i niezawodną pracę tych krytycznych komponentów, przyczyniając się do zwiększenia żywotności pojazdu.
• systemach ładowania pojazdów – elementy miedziane znajdują się w przetwornicach mocy, cewkach indukcyjnych oraz w samych złączach ładowania, zapewniając efektywny i bezpieczny transfer energii. W stacjach szybkiego ładowania, które operują wysokimi prądami, wysoka przewodność elektryczna miedzi jest niezbędna dla minimalizacji strat energii i zapewnienia szybkiego uzupełniania akumulatorów.
• wodorowych ogniwach paliwowych – stosuje się w chłodzeniu i złączach urządzeń wodorowych, które stanowią przyszłość motoryzacji;
• samochodach autonomicznych – wykorzystuje się ją w układach przesyłania danych i zasilania zaawansowanych systemów, w skład których wchodzą liczne czujniki, kamery i radary. Wysoka przepustowość i niska rezystancja miedzianych połączeń są kluczowe dla sprawnego działania tych krytycznych systemów, które stanowią fundament autonomicznej jazdy.

Znany producent samochodów wypuszcza na rynek nowoczesne auto elektryczne, hybrydowe lub wodorowe? Możesz mieć pewność, że w dużej mierze składa się ono z miedzi. Oczywiście nie zapominajmy przy tym o pojazdach spalinowych, które wciąż cieszą się ogromną popularnością i w których wykorzystanie miedzi również jest powszechne. Stosuje się ją m.in. w zaworach, tłokach i układach chłodzenia silników.

Electris – w służbie rozwoju elektroniki i motoryzacji

Rozwój motoryzacji, elektroenergetyki, elektroniki  oraz innych gałęzi przemysłu sprawia, że zapotrzebowanie na miedź stale rośnie. W Electris już od ponad 20 lat zajmujemy się obróbką miedzi i aluminium. Oferujemy komponenty znajdujące zastosowanie w produkcji i dystrybucji energii, w rozwoju transportu, branży kolejowej, w rozwoju centrów danych i AI oraz w produkcji pojazdów elektrycznych, stacjach ładowania i wielu innych nowoczesnych technologiach. Chcąc spełniać oczekiwania najbardziej wymagających klientów, wdrażamy innowacyjne rozwiązania, takie jak laminowanie elementów miedzianych, technologie galwanizowania (niklowania, srebrzenia czy cynowania galwanicznego), malowania epoksydowego czy łączenia dwóch rodzajów powłok o różnych właściwościach na jednym elemencie..

Jeśli potrzebujesz zamówić dla swojej firmy dedykowane  wyroby z miedzi – to zapraszamy Cię  do kontaktu i przedstawienia swoich potrzeb. Napisz do nas na sales@electris.pl