전자 제품에 희토류 금속이 중요한 이유는 무엇입니까?

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언론에서 희토류 금속이 얼마나 중요한지 (중국의 경제적 인 관점에서 수출을 제한하고 있음)에 대해 많은 이야기를 들었습니다. 실리콘, 금, 구리, 알루미늄, 게르마늄 등과 같은 일반적인 요소? 트랜지스터와 같은 디지털 컴퓨터의 모든 빌딩 블록은 그것들없이 만들 수있는 것처럼 보입니다. 왜 모든 소란입니까?

나는 기사를 위해 조금 파헤 쳤지 만 모든 사람들은 일반 대중을 대상으로 작성되었으며 실제 구성 요소가 아닌 희토류가 필요한 장치의 이름 만 지정합니다.

manufacturing

— 유토피아
소스

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반도체 물리학에 관한 책을 읽거나 수업을 들어야합니다. 그 배경에 대한 답은 분명하지만 그 배경이 없으면 답이 충분하지 않습니다.

— Mark

참고로 금과 구리는 어떻게 "공통 요소"목록에 올라 갔습니까? 그것들은 우리가 먼저 잃어 버릴 대상 목록의 최상위에 있습니다.

— Mark

금은 드물지만 주로 중국이 아닌 다양한 지역에서 발견 될 수 있다는 점에서 언급 된 희토류 중 하나가 아닙니다.

— UtopiaLtd

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@Mark 대부분의 반도체에서 희토류가 일반적인 도펀트입니까? en.wikipedia.org/wiki/Rare_earth_element- 여기 에는 레이저가 응용 프로그램으로 나열되어 있지만 트랜지스터 나 IC에 대해서는 많이 언급되어 있지 않습니다.

— Bitrex

@Mark-첫 번째 의견은이 질문에 대한 가장 좋은 답변 중 하나입니다. 아마도 현재 형태는 아니지만 "반도체 물리학"에서는 희토류 금속이 다음 응용 분야에서 사용되도록 지시합니다. 나는 아직 반도체 물리학을 모른다. 그래서 나는 그 답을 제공 할 수 없다.

— 케빈 베르메르

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탄탈륨은 희토류 중 하나는 아니지만 금과 같은 "전이 금속"중 하나입니다. 탄탈륨의 부족 (지각 지각의 1-2ppm)과 전자 제품 (탄탈륨 커패시터)의 주요 용도는 이 질문의 범위.

최근 미국 법률 (2010 년 7 월)에 따르면 콩고 민주 공화국 (DRC)에서 얻은 탄탈륨 제품을 사용하는 회사는 공개해야합니다. 결과적 으로 다른 생산자들이 온라인으로 천천히 돌아 오면서 가격이 급격히 상승했습니다 . 호주의 광산 하나 는 전 세계 잠재적 생산량의 1/3을 차지합니다.

출처 : 로이터

(참고 : 그래프의 세로 눈금은 0에서 시작하지 않고 약간 왜곡되어 보입니다. 전체 크기 그래프는 여기에 있습니다 )

전해 탄탈륨 커패시터는 동일한 용량의 알루미늄 전해 커패시터보다 훨씬 작고 전압 정격이 높기 때문에 거의 모든 휴대 전화 및 기타 휴대용 전자 장비에 사용됩니다.

몇 년 전에 제품에 1000μF "정수"를 몇 개 디자인했으며 최근 계약 제조업체는 부품의 리드 타임이 16 주로 늘어 났으며 대체 제품을 찾을 수 있는지 물었다. 이 연습의 결과로, 최신 디자인에서는 공간이 상당히 컸지 만 표면 실장 형 알루미늄 전해 커패시터로 되돌아갔습니다.

— 트크로 슬리
소스

탄탈룸의 리드 타임이 42 주를 넘고 가격이 급격히 상승 했을 때 구매와 비슷한 질문을 받았습니다 . 당신이 언급 한 이유로 (더 작은 크기) 알루미늄을 사용하는 것은 거의 불가능했습니다.

— stevenvh

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니오브는 이전에 탄탈 대체물로 사용되었습니다. 탄탈륨 공급이 처음으로 제한되는 것은 아닙니다. 나는 90 년대에도 이런 일이 일어났다는 것을 기억했다. 작은 SMD 알루미늄 커패시터, 폴리머 전해, 니오브 커패시터 및 고밀도 다층 세라믹이 개발되었다.

— Mike DeSimone

@tcrosley-Federico가 답변을 편집했음을 알려드립니다. 마음에 들지 않으면 롤백하십시오. (편집에 대한 자동

— 알림이

@stevenvh, 알림 주셔서 감사합니다. Federico는 그래프에 대해 유효한 점을 제시하며, 전체 크기의 링크는 내가 포함 된 작은 크기를 보는 데 문제가있는 사용자에게 적합합니다. 그래서 나는 그것을 떠날 것이다.

— tcrosley

실제로 교체 할 부품의 사용 환경에 따라 공간, 무게, 온도 또는 에너지 효율을 희생시키면서 비용없이 사용할 수 있습니까?

— UtopiaLtd

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패키징을 포함하여 실제로 집적 회로에 무엇이 있는지 살펴보십시오. 실리콘 자체는 풍부하지만 (고순도 및 우수한 결정 구조로 정제하는 데 비용이 많이 들지만 그럼에도 불구하고 풍부하다) P 및 N 반도체를 만드는 데 사용되는 도핑 요소는 어떻습니까? LED는 어떻습니까? 이들은 일반적으로 실리콘이 아니며 종종 갈륨을 포함합니다. 실리콘과 밀접한 열 특성을 가져야하는 반도체에 사용되는 특수 세라믹은 어떻습니까? 세라믹 커패시터의 다양한 세라믹이 무엇인지 살펴보십시오.

전자 제품에는 구리 및 실리콘보다 훨씬 많은 재료가 있습니다.

— 올린 라스 롭
소스

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나는 더 많은 요소가 관련되어 있다는 것을 알고 있지만, 이것이 정말로 필요한지 또는 희토류가 아닌 다른 실행 가능한 대안이 있는지 내 질문은 추측합니다.

— UtopiaLtd

@utopialtd : 더 나은 대안이 있다면, 그것들이 사용될 것이라고 생각하지 않습니까? 이 자료는 모든 트레이드 오프 후에 최상의 답변이기 때문에 사용됩니다. 일부는 대체품을 가지고있을 수도 있지만 현재 기술로는 잘 작동하지 않고 값 비싼 개편 등이 필요합니다.

— Olin Lathrop

"실리콘 자체는 풍부하다". "풍부하다"는 과언이 아닙니다. 보통 모래는 약 1/3의 실리콘을 포함합니다.

— Federico Russo

실리콘을위한 P & N 도펀트는 지루한 붕소 / 비소 / 인입니다. 갈륨은 LED와 물건을위한 것입니다.

— BarsMonster

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@Olin : "이 자료들은 모든 트레이드 오프 이후에 가장 좋은 대답이기 때문에 사용됩니다." 그러나 그들이 더 비싸면 트레이드 오프가 바뀝니다.

— endolith

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그들이 말하는 실리콘 칩일 필요는 없습니다. 탄탈륨은 커패시터, 주석은 땜납, 리튬은 배터리로 들어갑니다. 네오디뮴은 덮개를 iPad에 고정하거나 벽면 어댑터를 MacBook에 고정시키는 초소형 자석에 들어갑니다.

이러한 다양한 구성 요소는 많은 경우 이미 과거에 더 풍부한 요소로 만들어졌지만 재료 과학의 획기적인 발전으로 일부 (상대적으로 비싼) 제품에서 추가 재료 비용이 들었고 그만한 가치가 있습니다. 1980 년대의 아이폰과 모토로라의 "벽돌"핸드폰을 비교해 보면 칩이 크게 개선 된 것은 아닙니다. 자석은 철로 만들 수 있고, 배터리는 납으로 만들 수 있으며, 커패시터는 알루미늄으로 만들 수 있습니다. 단지 그 장치가 현대의 장치보다 훨씬 더 크거나 무겁거나 다른 방식으로 더 나쁘다는 것입니다.

최근에 탄탈륨, 주석 및 텅스텐을 공급하는 콩고 광산 주변의 인적 비용, 전쟁과 노예 생활로 인해 목숨을 잃을 가치가 있는지에 대한 의문이 제기되고 있습니다. 또 다른 문제는 네오디뮴과 같은 희토류 원소의 세계 대부분을 공급하는 중국이 자체 생산 능력을 높이기 위해 수출을 줄이면서 어떻게 될지에 대한 것이다. (답 : Molycorp는 캘리포니아에서 오래된 광산을 재개하고 있습니다.)

사람들이 석유와의 전쟁에서 싸울 때 기름으로 구동되는 자동차를 운전하는 것이 부도덕한지 여부에 대한 비교 가능한 주장입니다. 오늘날의 석유 분포는 지구 전체에 분포 된 것보다 생산을 독점함으로써보다 집중적으로 부를 집중 시킨다는 점에서 문제는 그리 많지 않습니다. 물론 우리는 수십 년 안에 소모품이 마르는 것을 상상할 수 있지만, 대부분의 사람들이 다음 차를 유지하는 것은 5-15 년보다 훨씬 더 깁니다. 석탄 화력 증기 엔진 또는 배터리를 충전하는 석탄 화력 발전소 또는 배터리를 충전하는 태양 전지판으로 자동차에 전력을 공급할 수 있지만 가솔린은 대부분의 유료 고객이있는 한 현재 기능과 가격이 가장 잘 혼합되어 있습니다. 걱정. 많은 인류가 전기 자동차의 휘발유 가격을 낮추기 전에 휘발유를 버릴지 여부는 여전히 남아 있습니다.

반드시 상황이 나아질 수있는 것은 아닙니다. 배터리는 철 및 나트륨과 같이 수십배 더 많은 다른 원소로 제조 될 수 있지만, 이들 배터리는 리튬 배터리의 중량 당 에너지를 갖지 못할 수있다. 몇 세기 후, 석유, 석탄, 리튬 등이 채굴 된 후 사람들은 오늘날보다 훨씬 적은 거리를 가진 자동차를 운전하지만 너무 빨리 중요하지 않을 정도로 빠르게 재충전 할 수 있습니다. 다른 한편으로는 훨씬 더 좋은 것이 나올지 모르거나 누가 알고 있을지 모릅니다.

이러한 문제를 연구하는 과학자들이 있지만 재료 과학은 느린 분야입니다. 컴퓨터에서 새로운 재료의 거시적 특성을 모델링하는 것은 불가능하지는 않지만 매우 어렵습니다. 진보는 본질적으로 교육받은 시행 착오를 통해 이루어진다. 새로운 재료가 잘 이해 되더라도 이론적 모델과 실험 테스트가 완벽하게 정렬되지 않을 수 있습니다. 원하는 속성을 원하는 목록에서 새로운 재료를 만들려면 수십 년이 걸릴 수 있습니다.

— 매트 B.
소스

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글쎄,이 모든 것 주위에 많은 거래 소란이 있습니다. 사실, 현대 소비자 전자 제품에는 매우 적은 희토류 물질이 필요합니다. 일부 전자 제품은 실제로 레이저 및 LED와 같은 일부 전자 제품에 크게 의존하지만 상당한 양의 세계 생산을 거의 소비하지 않습니다. 또한, 영구 자석 용으로도 주목할 만하다.