¿Qué son los Materiales Aislantes?
Los materiales aislantes son materiales que tienen dificultades para conducir la electricidad o que no la conducen.
Ejemplos típicos son los plásticos y el caucho. Un material que conduce fácilmente la electricidad se denomina conductor, mientras que un material con la característica de conductor que cambia a aislante en función de condiciones como la temperatura se denomina semiconductor.
La diferencia en las propiedades físicas tiene su origen en los electrones libres que pueden moverse libremente dentro de un material, y cuando se genera una diferencia de tensión en un material en el que existen electrones libres, éstos se mueven y fluye una corriente eléctrica. Los materiales aislantes tienen poco o ningún movimiento de electrones libres, por lo que no fluye corriente.
Usos de los Materiales Aislantes
Los materiales aislantes se utilizan para recubrir placas y cables en los que se integran componentes electrónicos. Los materiales aislantes pueden utilizarse para proteger los cables del contacto eléctrico entre sí, ya que el contacto entre cables conductores de electricidad puede provocar fallos de funcionamiento. Aparte de los cables para fuentes de alimentación, la mayoría de los productos de cable, como los cables LAN y USB, también utilizan materiales aislantes. Pueden utilizarse materiales aislantes como el caucho y el vinilo.
Los materiales aislantes se utilizan a veces cuando se aplica podding (recubrimiento) a la superficie de los elementos de una placa de circuito impreso para evitar que se mojen con el agua.
Principio de los Materiales Aislantes
La diferencia entre los materiales aislantes y conductores viene dada por la presencia o ausencia de electrones libres, que viene determinada por la brecha energética entre la banda de conducción y la banda de valencia.
Los electrones de valencia, que se comparten con los átomos circundantes en los enlaces covalentes que componen el material, existen en una región denominada banda de valencia, que tiene un nivel de energía bajo. Los electrones de valencia en este nivel no se mueven cuando se aplica una diferencia de tensión. Por otro lado, existe una región en la materia llamada banda de conducción, que tiene un nivel de energía más alto que la banda de valencia, y la diferencia de energía entre la banda de conducción y la banda de valencia se denomina brecha de banda. Cuando los electrones de la banda de valencia reciben energía luminosa, térmica o eléctrica y cruzan la brecha de energía para alcanzar la banda de conducción, se mueven como electrones libres y fluye una corriente.
Los conductores casi no tienen banda de energía. Muchos electrones pasan fácilmente a la banda de conducción, con lo que hay más electrones libres y fluye la corriente. Por el contrario, los materiales aislantes tienen una gran brecha de energía y no pasan fácilmente a la banda de conducción, por lo que hay pocos electrones libres y no fluye la corriente. Sin embargo, cuando reciben grandes energías por encima de la banda de energía, como los rayos, incluso los aislantes pueden pasar a la banda de conducción y fluir la corriente.
Tipos de Materiales Aislantes
Existen varios materiales aislantes con características diferentes.
1. Materiales Aislantes Gaseosos
Aire, hexafluoruro de azufre (SF6), dióxido de carbono gaseoso, etc., utilizados principalmente a presión; el SF6 se sintetiza a partir de azufre y flúor gaseosos y se ha utilizado en disyuntores aislados con gas y transformadores aislados con gas debido a su superior rigidez dieléctrica, pero su uso se está frenando debido a su elevado potencial de calentamiento global.
2. Materiales Aislantes Líquidos
Algunos ejemplos son el aceite vegetal, el aceite aislante sintético y el aceite mineral. Los aceites vegetales se utilizan como materia prima para aceites aislantes, mientras que los aceites aislantes sintéticos y los aceites minerales se utilizan para aislar y refrigerar equipos eléctricos rellenos de aceite, como cables, condensadores y transformadores.
3. Materiales Aislantes Sólidos
Se utilizan la mica, la cerámica y el vidrio. La mica es un cristal natural con gran resistencia al calor y propiedades aislantes que se transforma en cintas, láminas y placas, muy utilizadas para el aislamiento de bobinas. La cerámica, formada a partir de polvos minerales y sinterizada a altas temperaturas, se utiliza en envases de semiconductores y aislantes de alta frecuencia. El vidrio es duro y quebradizo, pero es transparente, tiene buena resistencia al calor y propiedades aislantes y puede utilizarse en tubos de rayos catódicos y bombillas.
4. Materiales Fibrosos Orgánicos
Algunos ejemplos son la seda, el hilo de algodón, el papel, el poliéster y el nailon. El papel se ha impregnado durante mucho tiempo con aceite aislante y se ha utilizado para aislar equipos eléctricos llenos de aceite.
5. Materiales a Base de Pintura
Se fabrican disolviendo resinas sintéticas o naturales en un disolvente. Las pinturas aislantes, como los barnices de esmalte y los barnices de bobina, se utilizan para materiales de tratamiento aislante.
6. Materiales a Base de Caucho
El caucho de silicona, el caucho de etileno-propileno, el caucho butílico y el caucho natural se utilizan para productos moldeados y revestimientos de cables.
7. Materiales a Base de Resina
Las resinas naturales como la colofonia y el serac se utilizan como materias primas para pinturas aislantes. Las resinas sintéticas incluyen resinas termoplásticas y termoendurecibles, que se utilizan ampliamente en recubrimientos aislantes, revestimientos de cables y productos laminados y moldeados.