Un equipo de investigación del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón INMA, instituto mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Zaragoza (Unizar), han participado en un avance científico de gran relevancia internacional que acerca la sustitución del cobre en sistemas eléctricos por materiales mucho más ligeros y eficientes.
El trabajo, liderado por el Instituto IMDEA Materiales y publicado en la revista Science, demuestra por primera vez que las fibras de nanotubos de carbono (CNT) pueden alcanzar niveles de conductividad eléctrica comparables a los de materiales tradicionales como el cobre o el aluminio, pero con un peso hasta seis veces inferior. Por parte del INMA firman el trabajo dos investigadores de la Universidad de Zaragoza, el doctor Raúl Arenal (investigador ARAID) y el doctor Mario Peláez Fernández, ambos del grupo Nanoscopia en Materiales de Baja Dimensión (Nanoscopy on Low Dimensional Materials - NLDM) del INMA, liderado por el propio Arenal. Su contribución al estudio se ha centrado en técnicas avanzadas de caracterización en el Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA) de la Universidad de Zaragoza, uno de los nodos de la Infraestructura Científico Técnica Singular (ICTS) ELECMI.
La participación desde Aragón de estos científicos del INMA ha sido clave para analizar la estructura y propiedades de los materiales a escala sub-nanométrica, permitiendo validar los resultados obtenidos y comprender mejor la composición y el comportamiento de estas nuevas fibras conductoras.
Estos estudios de microscopía y espectroscopía electrónicas se han llevado a cabo en el recientemente actualizado microscopio electrónico de transmisión TITAN3 del LMA. Este instrumento cuenta con las especificaciones y características óptimas para poder desarrollar el estudio estructural y químico detallado de estos materiales complejos.
El trabajo ha sido desarrollado en colaboración con IMDEA Materiales, en un esfuerzo conjunto que pone de relieve la capacidad de la ciencia aragonesa para liderar avances en materiales avanzados con impacto industrial. Por parte de IMDEA, la investigación fue llevada a cabo por la investigadora predoctoral Ana Inés de Isidro Gómez, el doctor Juan José Vilatela, la doctora Anastasiia Mikhalchan y el profesor Javier LLorca, junto con el ex-investigador de IMDEA Materiales, el doctor Valentín Vassilev Galindo.
¿En qué consiste el avance?
El estudio (que puede consultarse aquí https://www.science.org/doi/10.1126/science.aeb0673) demuestra un proceso de fabricación escalable de fibras de nanotubos de carbono con una conductividad eléctrica de hasta 24,5 MS/m (MegaSiemens por metro), acercándose a la del cobre, pero con una gran ventaja: su ligereza. Este avance abre la puerta a su uso en sectores estratégicos como vehículos eléctricos, aeronáutica, drones y redes eléctricas más eficientes. En todos estos ámbitos, reducir el peso del cableado es clave para mejorar la eficiencia energética.
El logro se basa en la introducción de un nuevo agente dopante (tetracloroaluminato, AlCl₄⁻) en las fibras de nanotubos de carbono. Este proceso permite multiplicar su conductividad eléctrica sin alterar su estructura ni sus propiedades mecánicas.
Gracias a esta técnica, la investigación ha conseguido aumentar más de 17 veces la conductividad eléctrica del material prístino (los propios CNTs), alcanzando incluso valores relativamente próximos a los del cobre.
Además de su conductividad, estas fibras presentan una combinación única de resistencia y bajo peso. Según los resultados del estudio, podrían ser hasta cinco veces más resistentes que los cables convencionales, con la mitad de peso.
Centro de excelencia Severo Ochoa
El Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA) ha sido el primero de nuestro país en obtener la acreditación de excelencia Severo Ochoa, que concede la Agencia Estatal de Investigación. Ese reconocimiento supone una financiación de 4,5 millones de euros y la dotación de cinco contratos predoctorales para el periodo 2024-2028.
El INMA es un instituto mixto del CSIC y la Universidad de Zaragoza. Con alrededor de 300 miembros, tiene más de 40 proyectos europeos en curso y una media anual de 300 publicaciones y 7 millones de euros obtenidos en programas públicos competitivos. Además, trabaja en colaboración con la industria, logrando en torno a un millón de euros anuales por contratos y royalties.
Infraestructura Científica y Técnica Singular (ICTS)
El Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA), titularidad de la Universidad de Zaragoza y vinculado al INMA, se inauguró en 2010 con una inversión inicial de más de 18 millones de euros. Este hito posicionó a la Universidad de Zaragoza como referente mundial de la investigación en microscopía electrónica, análisis de materiales y nanofabricación. Desde 2014, el LMA forma parte de la Infraestructura Integrada de Microscopía Electrónica de Materiales (ELECMI), Infraestructura Científica y Técnica Singular (ICTS) del Estado español y que lidera en la actualidad.
