1914年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局和14家銅線制造商制定了銅的電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)（文獻(xiàn)1）。這項(xiàng)國(guó)際退火銅標(biāo)準(zhǔn)（IACS），使統(tǒng)一電阻表的開(kāi)發(fā)成為可能，成為電氣工程、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。當(dāng)時(shí)，還沒(méi)有預(yù)見(jiàn)到另一種金屬用于電氣化的可能性，因此銅的電導(dǎo)率被設(shè)定為100%。然而，這只是對(duì)體積電導(dǎo)率的測(cè)量。它完全忽略了重量。

IACS的初衷是好的，并在過(guò)去的幾十年來(lái)提供了巨大的效用，但在，過(guò)去的110年里發(fā)生了重大的變化。因此，該標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在需要修訂。特別是，IACS沒(méi)有正確地定義體積電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)。因此，將退火銅的電導(dǎo)率指定為100%，被誤解為銅是最好的電導(dǎo)體。這從來(lái)不是IACS的本意，因?yàn)樗畛踔皇菫榱苏J(rèn)同具有足夠?qū)щ娦缘你~，以用于電線。

自IACS標(biāo)準(zhǔn)制定以來(lái)，鋁產(chǎn)量大幅增長(zhǎng)，為銅提供了一種可行的替代品。鋁比銅有很多好處，包括產(chǎn)量更高、重量更輕、成本更低——所有這些都沒(méi)有反映在當(dāng)前的IACS標(biāo)準(zhǔn)中。

1、歷史背景

在電氣工業(yè)的早期幾十年（1884-1944），很容易獲得數(shù)千噸銅，但只存在少量（以盎司和磅計(jì)）的鋁。因此，在電氣工業(yè)的前60年里，只有足夠數(shù)量的銅可用于電氣化。只是沒(méi)有其它可行的材料，因此，快速增長(zhǎng)的電氣工業(yè)完全是用銅構(gòu)建的。因此，銅被稱為“電氣化金屬（Metal of Electrification）”

在第二次世界大戰(zhàn)期間，鋁產(chǎn)量開(kāi)始大幅增長(zhǎng)（圖1），這主要是由于它在戰(zhàn)爭(zhēng)期間用于制造飛機(jī)。戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，鋁開(kāi)始被用于飛機(jī)以外的各種行業(yè)，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新的輕金屬時(shí)代。這個(gè)鋁時(shí)代最早是由Nikola Tesla在1900年預(yù)測(cè)的（參考文獻(xiàn)2），他認(rèn)為鋁是電氣基礎(chǔ)設(shè)施的最佳材料。

圖1 1900年至2020年世界鋁產(chǎn)量

到1955年，鋁的產(chǎn)量超過(guò)了銅。如今，鋁是世界上使用率最高的材料之一，僅次于鐵。按重量計(jì)算，它比銅產(chǎn)量高出300%，按體積計(jì)算，則高出900%（參考文獻(xiàn)3）。

2、鋁的導(dǎo)電性

根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，鋁的體積電導(dǎo)率為 IACS的61%。因此，需要更大的鋁橫截面積（50%）來(lái)提供與其銅等效物相同的電導(dǎo)率。

然而，鋁在原子水平上的密度是銅的三分之一（圖2），這并沒(méi)有反映在IACS標(biāo)準(zhǔn)中。銅中額外的質(zhì)子和中子對(duì)電導(dǎo)率沒(méi)有影響，只會(huì)導(dǎo)致密度增加。鋁的較低密度使材料每磅具有更高的導(dǎo)電性。因此，實(shí)現(xiàn)與銅相同的體積電導(dǎo)率所需的鋁體積的增加，將導(dǎo)致重量減半。因此，按重量計(jì)算，鋁的電導(dǎo)率是銅的200%。

圖2 鋁與銅的原子結(jié)構(gòu)

從本質(zhì)上講，電導(dǎo)率的審視方法會(huì)有所不同。1900年，在IACS創(chuàng)建之前， Nikola Tesla認(rèn)識(shí)到，鋁相對(duì)較高的導(dǎo)電性和較輕的重量相結(jié)合，產(chǎn)生了一種他認(rèn)為優(yōu)于銅的電氣材料（參考文獻(xiàn)2），當(dāng)時(shí)，他表示，在未來(lái)，銅將無(wú)法與鋁競(jìng)爭(zhēng)，鋁最終將消除銅在電氣化方面的應(yīng)用。

3、對(duì)IACS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂的價(jià)值

目前，IACS體積電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)，誤導(dǎo)用戶錯(cuò)誤地將鋁視為不如銅的電導(dǎo)體，而現(xiàn)實(shí)情況是，當(dāng)考慮重量電導(dǎo)率時(shí)，情況正好相反。因此，IACS需要更新以包括重量電導(dǎo)率，以便它能夠清晰地展示銅和鋁的性能（表1）。為了歷史連續(xù)性，修訂后的重量和體積電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)仍可以將銅的電導(dǎo)率保持在100%。

表1鋁和銅的電導(dǎo)率

將重量電導(dǎo)率納入IACS標(biāo)準(zhǔn)，也將有助于深入了解財(cái)務(wù)影響。目前，銅的價(jià)格約為每磅4美元，鋁的價(jià)格為每磅1美元（表2）（參考文獻(xiàn)4）。因此，價(jià)值1美元的鋁提供的電導(dǎo)率與價(jià)值8美元的銅相同。

表2 銅鋁價(jià)格

值得注意的是，金屬價(jià)格每天都隨著全球供需而變化。然而，金屬的物理性質(zhì)是恒定的，因?yàn)樗鼈兪怯伤鼈兊脑咏Y(jié)構(gòu)定義的。原鋁和再生鋁生產(chǎn)都出現(xiàn)了大幅增長(zhǎng)，而銅的生產(chǎn)則面臨著可能影響電氣行業(yè)的供應(yīng)挑戰(zhàn)（參考文獻(xiàn)5）。為一磅銅支付更高的價(jià)格，只會(huì)導(dǎo)致更大的重量和更低的電導(dǎo)率。現(xiàn)代社會(huì)再也不能被過(guò)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)所混淆和誤導(dǎo)，該標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)省略IACS中的重量電導(dǎo)率來(lái)隱藏材料的電氣性能和價(jià)值。

4、結(jié)論

現(xiàn)有的IACS需要更新，以包括重量電導(dǎo)率。修訂后的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)同時(shí)提供體積和重量電導(dǎo)率，這將使銅和鋁的性能更加透明，用戶可以從中進(jìn)行選擇。

一場(chǎng)涉及交通電氣化、可再生能源整合和其它旨在到2050年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放的措施的全球能源轉(zhuǎn)型正在進(jìn)行中。修訂后的IACS，包括體積和重量電導(dǎo)率，可以幫助避免預(yù)計(jì)的銅短缺，并加強(qiáng)整個(gè)凈零電氣化努力的經(jīng)濟(jì)性。世界需要現(xiàn)代、最新的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)成功實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的電氣化未來(lái)。