La schiuma di rame è un materiale metallico poroso tridimensionale a celle aperte con strutture di rame interconnesse, spesso descritta come una spugna metallica di rame. Viene prodotta principalmente mediante elettrodeposizione su un modello di spugna di poliuretano, dove il rame viene placcato sullo scheletro organico prima che il substrato di spugna venga rimosso. Con un'elevata porosità che varia dal 90% al 98%, offre un'eccezionale conduttività elettrica e termica ereditata dal rame massiccio, insieme a un'elevata superficie specifica e una bassa densità apparente. Il valore PPI definisce la dimensione dei pori: un PPI più alto corrisponde a pori più fini e a una superficie maggiore, mentre un PPI più basso comporta una maggiore permeabilità ai fluidi.

Nonostante l'eccellente conduttività, la schiuma di rame soffre di una resistenza alla corrosione relativamente scarsa. È soggetta a ossidazione in aria umida e può corrodersi rapidamente in ambienti elettrolitici acidi o alcalini senza una modifica superficiale. Questo materiale è ampiamente adottato come substrato per collettori di corrente in batterie agli ioni di litio, batterie al litio-zolfo e supercondensatori per aumentare il carico di materiale attivo. Viene anche utilizzata come supporto per catalizzatori, mezzo per la dissipazione del calore nella gestione termica, nonché per componenti di schermatura elettromagnetica e per il buffer gas-liquido. Rispetto alla schiuma di nichel, la schiuma di rame mostra prestazioni termoelettriche superiori, ma è meno adatta per condizioni di elettrolisi aggressive.

Specifiche

Materiale: Rame

Dimensioni: 100 × 100 mm

Spessore: 10 mm

Densità dei pori: 10 PPI

Conduttività termica (teorica): >6 W/m·K

Resistenza meccanica (teorica): ≥2,5 MPa

Resistenza a trazione (teorica): 5–18 MPa

Vantaggi

Leggera ma resistente – La sua struttura porosa le conferisce una densità molto inferiore rispetto al rame massiccio, mentre la rete metallica tridimensionale garantisce comunque una buona resistenza meccanica e assorbimento di energia (fino a circa il 90% di efficienza con l'85% di porosità).

Eccellente conduttività termica ed elettrica – La schiuma di rame mantiene l'elevata conduttività intrinseca del rame e i ponti interconnessi creano percorsi 3D altamente efficienti sia per il calore che per gli elettroni.

Elevata superficie specifica – La struttura a celle aperte offre un'ampia superficie per unità di volume, ideale per processi dipendenti dalla superficie come catalisi, filtrazione e reazioni elettrochimiche.

Buona lavorabilità – Può essere tagliata, piegata, lavorata e modellata in componenti complessi senza particolari difficoltà.

Vantaggi aggiuntivi – Offre anche una buona resistenza alla corrosione (simile al rame), un'efficace schermatura dalle interferenze elettromagnetiche (EMI) e proprietà di smorzamento acustico.

Applicazioni

Gestione termica – Questo è uno degli usi più importanti. La schiuma di rame viene utilizzata in dissipatori di calore ad alte prestazioni, scambiatori di calore e piastre di raffreddamento per CPU, GPU, LED, elettronica di potenza e sistemi aerospaziali. I pori aperti consentono il passaggio di refrigeranti ad aria o liquidi, migliorando notevolmente la dissipazione del calore.

Accumulo e conversione di energia – Funge da substrato elettrodico o collettore di corrente ideale in batterie (agli ioni di litio, nichel-zinco, celle a combustibile) e supercondensatori. L'elevata superficie carica più materiale attivo e la rete conduttiva migliora l'efficienza di carica/scarica.

Catalisi e supporti per catalizzatori – L'ampia superficie la rende un ottimo supporto per catalizzatori in metalli preziosi (ad es. platino), riducendo i costi e aumentando l'efficienza di reazione. Le applicazioni includono la sintesi chimica, la produzione di idrogeno e il controllo dell'inquinamento.

Filtrazione e separazione – La sua struttura porosa uniforme e tortuosa intrappola efficacemente le particelle, rendendola utile per i sistemi di purificazione di aria e acqua. L'efficienza di filtrazione può superare il 90% con spessori sufficienti (>20 mm).

Schermatura elettromagnetica – Grazie alla sua elevata conduttività, la schiuma di rame viene utilizzata per proteggere l'elettronica sensibile dalle EMI.

Riduzione del rumore acustico – La struttura porosa assorbe le onde sonore, quindi viene applicata anche in pannelli fonoassorbenti.

Parti strutturali leggere – Nei settori aerospaziale e automobilistico, viene utilizzata dove sono richiesti sia la riduzione del peso che un'adeguata integrità strutturale.