28 Ago Dióxido de vanadio, el insólito metal que conduce la electricidad sin transmitir calor

El dióxido de vanadio podría convertirse en los próximos años en el metal de moda de la industria por su insólito comportamiento en la conducción de la electricidad, que le confiere unas características muy atractivas para múltiples aplicaciones: el dióxido de vanadio es capaz de trasmitir de forma independiente electricidad y calor en un entorno en el que ambos factores suelen estar fuertemente correlacionados.

Lo que ha sorprendido en el mundo de la ciencia, por explicarlo fácilmente, es la capacidad del dióxido de vanadio para trasmitir electricidad sin emitir calor. Esta característica ha sido descubierta recientemente por una investigación académica, y es la razón que hace prever la popularidad futura de este metal por el abanico de posibilidades que abre a la industria.

Según un estudio publicado en la revista Science, este hallazgo conjunto de científicos de la Universidad de California y el Berkeley Lab., podría ser aprovechado a gran escala para estabilizar la temperatura en muchísimos procesos con aplicaciones prácticas. Al parecer, la conductividad térmica de este metal es diez veces inferior a lo que cabría esperar.

El dióxido de vanadio desafía la ley Wiedemann-Franz

¿Qué es lo que hace diferente a este metal? La ley de Wiedemann-Franz establece una estrecha relación entre conductividad eléctrica y térmica que cumple la mayor parte de los metales. Por decirlo de forma meridianamente clara, si un metal conduce bien la electricidad hace lo mismo con el calor.

Pero el dióxido de vanadio incumple esta ley física, válida para la mayoría de los metales. Parece que sus electrones se mueven de forma diferente al modo en que lo hacen en el resto de los metales. En concreto, se desplazan todos juntos, como en un fluido, en vez de como partículas independientes que se mueven de manera aleatoria.

Un conductor de la electricidad «con propiedades exóticas»

El dióxido de vanadio era un metal ya conocido antes de esta investigación. Lo que estaba por descubrir era esta propiedad que presentan muy pocos metales. Pero además cuenta con otra característica diferenciadora, y es que transmite la electricidad mejor que el calor a temperatura ambiente, y no a temperaturas criogénicas como es el caso de otros metales.

Durante sus estudios, este supermaterial y su comportamiento en la transmisión de la electricidad no han dejado de sorprender al equipo de físicos del Lawrence Berkeley National Laboratory, perteneciente al Departamento de Energia de Estados Unidos, que lo han investigado. De hecho, dispone de otra peculiaridad, y es que el añadido de otros metales permite ajustar la cantidad de electricidad que es capaz de transmitir.

De esta propiedad, en concreto, se percataron los científicos al realizar un experimento que consistía en mezclar muestras de cristal de dióxido de vanadio con tungsteno, un metal sólido y dúctil que resulta difícil de fundir. Al hacerlo, consiguieron reducir la temperatura de la transición de fase a la que el «supermetal» se hace metálico, al tiempo que los electrones de la fase metálica se trasformaban en mejores conductores del calor.

Con este experimento, los científicos fueron capaces de controlar la cantidad de calor que puede disipar el dióxido de vanadio mediante el cambio de su fase de aislante a metal, y viceversa, a temperaturas que pueden ir determinando y controlando en cada momento.

Pero ahí no terminan las propiedades insólitas del mencionado metal. Otras características que sorprendieron a los físicos de cara a sus potenciales aplicaciones son las siguientes: es transparente cuando se somete a temperaturas de 30 grados celsius, y por encima de 60 grados es capaz de absorber la radiación infrarroja.

Qué aplicaciones concretas tendría en coches y edificios

Para el físico de la Universidad de Berkeley y emprendedor de este descubrimiento, Junqiao Wu, se trata de un conductor de la electricidad con propiedades exóticas, que podría tener múltiples aplicaciones en campos como el del automóvil, la electrónica o la construcción. Por ejemplo, el dióxido de vanadio se podría utilizar para disipar el calor en los motores de la industria automovilística al tiempo que genera electricidad…

Por otro lado, también podría ser utilizado en el desarrollo de revestimientos inteligentes para aislar edificios, mejorando su sostenibilidad. Una de las aplicaciones que ya se han pensado para este metal es su utilización en la fabricación de ventanas, donde se pondría de relevancia su capacidad como aislante del calor. De esta forma, las ventanas hechas con dióxido de vanadio serían térmicamente eficientes y podrían permitir cuantiosos ahorros de energía.

La ingeniería de metales es, y ha sido, una de las bases sobre las que se han consolidado muchos avances tecnológicos. Seguro que ninguna de estas capacidades pasa inadvertida a la industria, deseosa de encontrar nuevos desarrollos, especialmente en el campo de la eficiencia energética.

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