November 15, 2025
Trong kỹ thuật và công nghệ hiện đại, thép chiếm một vị trí then chốt do các tính chất cơ học vượt trội, tính kinh tế và tính linh hoạt của nó. Ngoài khả năng chịu tải nổi tiếng, tính dẫn điện và dẫn nhiệt của thép đóng vai trò là những đặc tính cơ bản khiến nó không thể thiếu trong truyền tải điện, hệ thống năng lượng và xây dựng. Hướng dẫn toàn diện này xem xét các đặc tính dẫn điện, cơ chế truyền nhiệt và các ứng dụng thực tế của thép, cung cấp cho các kỹ sư, nhà thiết kế, nhà khoa học vật liệu và những người đọc quan tâm một tài liệu tham khảo có thẩm quyền, trải dài từ các nguyên tắc vi mô đến các triển khai vĩ mô.
Độ dẫn điện, được đo bằng siemens trên mét (S/m) hoặc microsiemens trên centimet (µΩ⁻¹cm⁻¹), định lượng khả năng dẫn dòng điện của một vật liệu. Tính chất này phụ thuộc vào nồng độ và tính di động của các hạt mang điện tự do (thường là electron). Kim loại thể hiện độ dẫn điện cao do cấu trúc nguyên tử độc đáo của chúng, trong đó các electron hóa trị trở nên phân tán, tạo thành một "biển electron" tạo điều kiện cho dòng điện chảy dưới điện áp đặt vào.
Thép, chủ yếu bao gồm sắt với carbon và các nguyên tố hợp kim, có được độ dẫn điện từ các obitan d chưa đầy của sắt, cho phép sự phân tán electron. Việc bổ sung carbon và các nguyên tố hợp kim khác sẽ làm thay đổi cấu trúc tinh thể và nồng độ electron, do đó ảnh hưởng đến độ dẫn điện.
Độ dẫn nhiệt (W/m·K) đo khả năng truyền nhiệt thông qua hai cơ chế chính trong kim loại: vận chuyển electron (chủ yếu) và lan truyền phonon (dao động nguyên tử). Thép dẫn nhiệt hiệu quả thông qua cả electron di động và rung động mạng tinh thể.
Tương tự như độ dẫn điện, hiệu suất nhiệt giảm khi nhiệt độ tăng, hàm lượng tạp chất, bổ sung hợp kim và các khuyết tật cấu trúc. Các biến đổi pha cũng làm thay đổi đặc tính truyền nhiệt.
Lớp phủ kẽm trên thép mạ kẽm cung cấp khả năng bảo vệ chống ăn mòn thông qua tác động của cực dương hy sinh. Mặc dù bản thân kẽm có độ dẫn điện thấp hơn thép, nhưng lớp phủ mỏng ảnh hưởng tối thiểu đến hiệu suất tổng thể. Các oxit bề mặt có thể làm tăng điện trở tiếp xúc, đòi hỏi phải làm sạch cơ học hoặc chất bôi trơn dẫn điện để có các kết nối điện tối ưu.
Bạc > Đồng > Vàng > Nhôm > Kẽm > Niken > Sắt > Thiếc > Chì
Bạc > Đồng > Vàng > Nhôm > Sắt > Kẽm > Thiếc > Chì > Niken
Mặc dù thép xếp hạng dưới đồng và nhôm về độ dẫn điện, nhưng độ bền, độ bền và tính kinh tế vượt trội của nó khiến nó được ưa chuộng hơn cho các ứng dụng kết cấu yêu cầu hiệu suất cơ học và điện kết hợp.
Các kết cấu thép dạng lưới, được chế tạo từ các góc, ống và tấm, cung cấp hỗ trợ cơ học cho đường dây cao thế đồng thời cung cấp đủ độ dẫn điện để bảo vệ chống sét. Việc lựa chọn vật liệu ưu tiên độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn.
Những loại cáp lai này kết hợp độ dẫn điện của nhôm với độ bền kéo của thép, cho phép lắp đặt khoảng cách dài với trọng lượng giảm.
Tỷ lệ độ bền trên trọng lượng của thép cho phép xây dựng các tòa nhà chọc trời và cầu nhịp dài. Độ dẫn điện của nó góp phần vào hệ thống chống sét trong các công trình cao tầng.
Ngoài các dây dẫn chính, thép còn được sử dụng trong lõi máy biến áp, vỏ động cơ, khung thiết bị đóng cắt và tản nhiệt, nơi cần có tính toàn vẹn về cấu trúc và độ dẫn điện vừa phải.
Các cân nhắc chính bao gồm:
Nghiên cứu tập trung vào các công thức có độ bền cao, thiết kế nhẹ, vật liệu thông minh có khả năng tự giám sát và các phương pháp sản xuất bền vững với môi trường.
Là một vật liệu kỹ thuật đa năng, các tính chất kết hợp về điện, nhiệt và cơ học của thép đảm bảo sự thống trị liên tục của nó trong các ngành công nghiệp. Việc hiểu rõ các đặc tính này cho phép lựa chọn vật liệu tối ưu cho các ứng dụng đa dạng, trong khi những tiến bộ liên tục hứa hẹn hiệu suất được nâng cao trong các triển khai trong tương lai.
