1914年，美國國家標準局和14家銅線制造商制定了銅的電導(dǎo)率標準（文獻1）。這項國際退火銅標準（IACS），使統(tǒng)一電阻表的開發(fā)成為可能，成為電氣工程、規(guī)范和標準的基礎(chǔ)。當時，還沒有預(yù)見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，這只是對體積電導(dǎo)率的測量。它完全忽略了重量。

IACS的初衷是好的，并在過去的幾十年來提供了巨大的效用，但在，過去的110年里發(fā)生了重大的變化。因此，該標準現(xiàn)在需要修訂。特別是，IACS沒有正確地定義體積電導(dǎo)率標準。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。這從來不是IACS的本意，因為它最初只是為了認同具有足夠?qū)щ娦缘你~，以用于電線。

自IACS標準制定以來，鋁產(chǎn)量大幅增長，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——所有這些都沒有反映在當前的IACS標準中。

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）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。只是沒有其它可行的材料，因此，快速增長的電氣工業(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)量開始大幅增長（圖1），這主要是由于它在戰(zhàn)爭期間用于制造飛機。戰(zhàn)爭結(jié)束后，鋁開始被用于飛機以外的各種行業(yè)，開創(chuàng)了一個新的輕金屬時代。這個鋁時代最早是由Nikola Tesla在1900年預(yù)測的（參考文獻2），他認為鋁是電氣基礎(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。按重量計算，它比銅產(chǎn)量高出300%，按體積計算，則高出900%（參考文獻3）。

2、鋁的導(dǎo)電性

根據(jù)現(xiàn)行標準，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），這并沒有反映在IACS標準中。銅中額外的質(zhì)子和中子對電導(dǎo)率沒有影響，只會導(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)率的審視方法會有所不同。1900年，在IACS創(chuàng)建之前， Nikola Tesla認識到，鋁相對較高的導(dǎo)電性和較輕的重量相結(jié)合，產(chǎn)生了一種他認為優(yōu)于銅的電氣材料（參考文獻2），當時，他表示，在未來，銅將無法與鋁競爭，鋁最終將消除銅在電氣化方面的應(yīng)用。

3、對IACS標準進行修訂的價值

目前，IACS體積電導(dǎo)率標準，誤導(dǎo)用戶錯誤地將鋁視為不如銅的電導(dǎo)體，而現(xiàn)實情況是，當考慮重量電導(dǎo)率時，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)率標準仍可以將銅的電導(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標準，也將有助于深入了解財務(wù)影響。目前，銅的價格約為每磅4美元，鋁的價格為每磅1美元（表2）（參考文獻4）。因此，價值1美元的鋁提供的電導(dǎo)率與價值8美元的銅相同。

表2 銅鋁價格

值得注意的是，金屬價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，因為它們是由它們的原子結(jié)構(gòu)定義的。原鋁和再生鋁生產(chǎn)都出現(xiàn)了大幅增長，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5）。為一磅銅支付更高的價格，只會導(dǎo)致更大的重量和更低的電導(dǎo)率?，F(xiàn)代社會再也不能被過時的標準所混淆和誤導(dǎo)，該標準通過省略IACS中的重量電導(dǎo)率來隱藏材料的電氣性能和價值。

4、結(jié)論

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

一場涉及交通電氣化、可再生能源整合和其它旨在到2050年實現(xiàn)凈零碳排放的措施的全球能源轉(zhuǎn)型正在進行中。修訂后的IACS，包括體積和重量電導(dǎo)率，可以幫助避免預(yù)計的銅短缺，并加強整個凈零電氣化努力的經(jīng)濟性。世界需要現(xiàn)代、最新的標準來成功實現(xiàn)可持續(xù)的電氣化未來。