เหตุใดโลหะโลหะหายากจึงมีความสำคัญสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ฉันได้ยินมามากมายจากสื่อเกี่ยวกับความสำคัญของโลหะหายากของโลก (จากมุมมองทางเศรษฐกิจของจีนที่ จำกัด การส่งออก) แต่สิ่งที่พวกเขาทำจริง ๆ นั้นทำให้พวกเขาจำเป็นอย่างยิ่งที่ไม่สามารถทำได้มากกว่า องค์ประกอบทั่วไปเช่นซิลิคอนทองทองแดงอลูมิเนียมเจอร์เมเนียม ฯลฯ ดูเหมือนว่าหน่วยการสร้างทั้งหมดของคอมพิวเตอร์ดิจิตอลเช่นทรานซิสเตอร์สามารถสร้างโดยไม่มีพวกเขาดังนั้นทำไมเอะอะทั้งหมด?

ฉันได้ขุดบทความไปนิดหน่อย แต่ทั้งหมดนั้นเขียนขึ้นเพื่อสาธารณชนและตั้งชื่อว่าอุปกรณ์ใดที่ต้องการ Earths ที่หายากมากกว่าองค์ประกอบจริง

แม้ว่าแทนทาลัมจะไม่ใช่หนึ่งในดินที่หายาก แต่เป็นหนึ่งใน "โลหะทรานซิชัน" เช่นเดียวกับการขาดแคลนทองคำของแทนทาลัม (1 หรือ 2 ppm ของเปลือกโลก) และการใช้งานหลักในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (ตัวเก็บประจุแทนทาลัม) เหมาะสมกับ ขอบเขตของคำถามนี้

กฎหมายล่าสุดในสหรัฐอเมริกา (กรกฎาคม 2010) กำหนดให้ บริษัท ต้องเปิดเผยหากพวกเขาใช้ผลิตภัณฑ์ที่มีแทนทาลัมที่ได้รับจากสาธารณรัฐประชาธิปไตยคองโก (DRC) เป็นผลให้ราคาได้ปรับตัวสูงขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากผู้ผลิตรายอื่นกลับมาออนไลน์ช้า หนึ่งเหมืองในออสเตรเลียหมายถึง 1/3 ของศักยภาพการผลิตทั่วโลก

(หมายเหตุ: กราฟขนาดแนวตั้งไม่ได้เริ่มที่ศูนย์ แต่จะให้รูปลักษณ์ที่บิดเบี้ยวเล็กน้อยกราฟขนาดเต็มอยู่ที่นี่ )

เนื่องจากตัวเก็บประจุแทนทาลัมด้วยไฟฟ้าสามารถมีขนาดเล็กกว่าตัวเก็บประจุอลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าในระดับเดียวกันและมีระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าจึงใช้ในโทรศัพท์มือถือเกือบทุกรุ่นและในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพาอื่น ๆ

ฉันออกแบบในสองสามพัน µF "tants" ลงในผลิตภัณฑ์เมื่อสองสามปีก่อนและเมื่อเร็ว ๆ นี้ผู้ผลิตสัญญาติดต่อเราโดยบอกว่าเวลานำของชิ้นส่วนยืดออกไปถึง 16 สัปดาห์และถามว่าฉันสามารถหาตัวแทนได้หรือไม่ จากการออกกำลังกายนี้ในการออกแบบล่าสุดของฉันฉันกลับไปที่ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าอลูมิเนียมแบบติดผิวแม้ว่าจะมีพื้นที่ว่างที่สำคัญ

ดูว่ามีอะไรในวงจรรวมรวมถึงบรรจุภัณฑ์ด้วย ซิลิคอนเองนั้นมีมากมาย (ราคาแพงในการปรับแต่งให้มีความบริสุทธิ์สูงและโครงสร้างผลึกที่ดี แต่มีมากมาย) แต่สิ่งที่เกี่ยวกับองค์ประกอบที่ต้องใช้ในการสร้างสารกึ่งตัวนำ P และ N? แล้ว LEDs ล่ะ? ซึ่งมักจะไม่ใช่ซิลิกอนและมักประกอบด้วยแกลเลียม แล้วเซรามิกชนิดพิเศษที่ใช้ในเซมิคอนดักเตอร์ที่จำเป็นต้องมีคุณสมบัติทางความร้อนจับคู่กับซิลิคอนอย่างใกล้ชิด ดูสิ่งที่เซรามิกส์ตัวเก็บประจุเซรามิกต่าง ๆ ทำมาจาก

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีมากขึ้นกว่าทองแดงและซิลิกอน

ไม่จำเป็นต้องเป็นชิปซิลิคอนที่พวกเขากำลังพูดถึง แทนทาลัมจะเข้าสู่ตัวเก็บประจุดีบุกเข้าบัดกรีบัดกรีแบตเตอรี่ลิเธียม นีโอไดเมียมจะกลายเป็นแม่เหล็กเล็ก ๆ ที่มีความแข็งแรงเป็นพิเศษซึ่งสามารถยึดติดกับ iPad ของคุณหรืออะแดปเตอร์ติดผนังบน MacBook ของคุณ

ส่วนประกอบต่าง ๆ เหล่านี้มีอยู่ในหลาย ๆ กรณีที่ทำมาจากองค์ประกอบที่มีอยู่มากมายในอดีต แต่การค้นพบทางวิทยาศาสตร์วัสดุได้รับการพัฒนาอย่างมากในบางผลิตภัณฑ์ (ค่อนข้างแพง) และมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม เปรียบเทียบโทรศัพท์มือถือ "อิฐ" ของโมโตโรล่าตั้งแต่ปี 1980 กับ iPhone และไม่ใช่แค่ชิปที่พัฒนาขึ้นอย่างมาก แม่เหล็กสามารถทำจากเหล็ก, แบตเตอรี่สามารถทำจากตะกั่ว, ตัวเก็บประจุสามารถทำจากอลูมิเนียม เป็นเพียงว่าอุปกรณ์เหล่านั้นมีขนาดใหญ่ขึ้นหนักกว่าหรือหนักกว่าอุปกรณ์ที่ทันสมัยกว่าอย่างมาก

เมื่อไม่นานมานี้มีการตั้งคำถามว่าสิ่งเหล่านี้มีค่าต่อมนุษย์หรือไม่ชีวิตที่สูญเสียจากสงครามและการเป็นทาสรอบ ๆ เหมืองคองโกที่แทนทาลัมดีบุกและทังสเตน อีกคำถามคือสิ่งที่จะเกิดขึ้นในขณะที่จีนซึ่งเป็นแหล่งผลิตธาตุหายากส่วนใหญ่ในโลกเช่นนีโอไดเมียมจะลดการส่งออกเพื่อใช้เป็นกำลังการผลิตของตัวเอง (คำตอบ: Molycorp กำลังเปิดเหมืองเก่าขึ้นใหม่ในแคลิฟอร์เนีย)

มันเป็นข้อโต้แย้งที่เปรียบเทียบได้กับการขับรถที่ขับเคลื่อนด้วยน้ำมันนั้นผิดศีลธรรมเมื่อผู้คนต่อสู้เพื่อสงครามน้ำมันหรือไม่ ปัญหาไม่มากนักที่น้ำมันหายากในปัจจุบันเนื่องจากการกระจายตัวของกระจุกทั่วโลกทำให้ความมั่งคั่งที่เข้มข้นโดยการผูกขาดการผลิตง่ายกว่าการกระจายอย่างเท่าเทียมกัน แน่นอนว่าเราสามารถจินตนาการถึงอุปกรณ์สิ้นเปลืองภายในไม่กี่ทศวรรษ แต่ก็ค่อนข้างไกลออกไปมากกว่า 5-15 ปีที่คนส่วนใหญ่จะเก็บรถคันต่อไปไว้ คุณสามารถขับเคลื่อนรถยนต์ด้วยเครื่องยนต์ไอน้ำที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงหรือโรงไฟฟ้าถ่านหินที่ใช้แบตเตอรี่หรือติดตั้งแผงโซล่าเซลล์เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ แต่น้ำมันเบนซินมีคุณสมบัติและราคาที่ดีที่สุดในขณะนี้เท่าที่ลูกค้าส่วนใหญ่จ่ายเงิน ที่เกี่ยวข้อง มันคงต้องดูต่อไปว่ามวลมนุษยชาติจะนำน้ำมันเบนซินมาใช้กับรถยนต์ไฟฟ้าก่อนที่จะมีราคาถูกลงหรือไม่

ไม่จำเป็นว่าในกรณีที่สิ่งต่าง ๆ จะดีขึ้นอย่างไม่ลดละ แบตเตอรี่สามารถทำจากองค์ประกอบอื่น ๆ ที่มีความสำคัญมากกว่าเช่นเหล็กและโซเดียม แต่แบตเตอรี่เหล่านั้นอาจไม่มีพลังงานต่อน้ำหนักของแบตเตอรี่ลิเธียม เป็นไปได้ว่าในอีกไม่กี่ศตวรรษหลังจากน้ำมันถ่านหินลิเธียมและอื่น ๆ ถูกขุดขึ้นมาผู้คนจะขับรถยนต์ที่มีระยะไกลน้อยกว่าที่ทำในวันนี้ แต่ชาร์จเร็วพอที่ไม่สำคัญมากนัก ในทางกลับกันบางสิ่งที่ดีกว่าอาจมาพร้อมกันหรือใครจะรู้บางทีเราทุกคนอาจจะต้องใช้การประชุมทางวิดีโอ

มีนักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานเกี่ยวกับปัญหาเหล่านี้ แต่วิทยาศาสตร์วัสดุเป็นสาขาที่ช้า มันเป็นเรื่องยากมากถ้าไม่สามารถจำลองคุณสมบัติการเป็น macroscopic ของวัสดุใหม่ในคอมพิวเตอร์ได้ ความก้าวหน้าส่วนใหญ่มาจากการทดลองและข้อผิดพลาดที่มีการศึกษา แม้เมื่อวัสดุใหม่มีความเข้าใจค่อนข้างดีรูปแบบเชิงทฤษฎีและการทดสอบเชิงทดลองอาจไม่สอดคล้องกันอย่างสมบูรณ์ การพยายามปรุงวัสดุใหม่จากรายการสิ่งที่ต้องการคุณสมบัติอาจใช้เวลาหลายทศวรรษ

มีการซื้อขายจำนวนมากเกี่ยวกับเรื่องนี้ ในความเป็นจริงคุณต้องการวัสดุที่หายากน้อยมากในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคที่ทันสมัย อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บางชนิดขึ้นอยู่กับพวกเขาอย่างมาก (เช่นเลเซอร์และไฟแอลอีดีบางครั้ง) แต่พวกเขาแทบจะไม่ใช้จำนวนมากในการผลิตของโลก นอกจากนี้การใช้งานที่โดดเด่นสำหรับแม่เหล็กถาวร

ผู้ใช้หลักของธาตุหายากเป็นเหล็กชนิดพิเศษและวัสดุอื่น ๆ ที่ใช้ในพื้นที่ / พื้นที่ทหาร / นิวเคลียร์

ดูที่นี่: http://en.wikipedia.org/wiki/Rare_earth_element#List

เหตุใดโลหะโลหะหายากจึงมีความสำคัญสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

เนื่องจากคุณสมบัติเดียวกันที่ชื่อว่า "ขนาดอิออน" ทำให้โลหะนี้ทั้งคู่:

• ฉลาดทางไฟฟ้า
• และหายากทางธรณีวิทยา (ซึ่งทำให้พวกเขามีชื่อ)

อัตราส่วนพิเศษของอัตราส่วนของขนาดอิออนกับมวลอะตอมของธาตุแต่ละชนิดจะทำให้ยากต่อการมีสมาธิในธรรมชาติและแยกทางเคมี อัตราส่วนเดียวกันทำให้คุณสมบัติเช่น ferroelectricity, ferromagnetism, ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงของออกไซด์ ฯลฯ จะดีกว่าองค์ประกอบที่หายากอื่น ๆ ที่มีขนาดแตกต่างกัน

องค์ประกอบที่หายากราคาสูงมีสาเหตุมาจากธรรมชาติ หมายเหตุด้านข้าง: ส่วนประกอบที่หายากและแพงที่สุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คือ "unobtanium" และ "unaffordium"