¿Por qué los metales de las tierras raras son importantes para la electrónica?

13

He estado escuchando mucho en los medios de comunicación sobre la importancia de los metales de las tierras raras (desde el punto de vista económico de China que limita su exportación), pero ¿qué hacen realmente algunos de ellos que los hace tan esenciales que no pueden ser? hecho con elementos más comunes como silicio, oro, cobre, aluminio, germanio, etc? Parece que todos los bloques de construcción de una computadora digital, como los transistores, se pueden hacer sin ellos, así que ¿por qué tanto alboroto?

Busqué un poco en busca de artículos, pero todos están escritos para el público en general y solo nombran los dispositivos que requieren tierras raras en lugar de componentes reales.

    
pregunta UtopiaLtd

5 respuestas

7

Aunque el tantalio no es una de las tierras raras, es uno de los "metales de transición", como el oro: la escasez de tantalio (1 o 2 ppm de la corteza terrestre) y el uso principal en dispositivos electrónicos (condensadores de tantalio) en con el alcance de esta pregunta.

La legislación reciente en los EE. UU. (julio de 2010) exige que las empresas revelen si están utilizando productos con tántalo obtenido de la República Democrática del Congo (RDC). Como resultado, los precios han aumentado considerablemente a medida que vienen otros productores lentamente de vuelta en línea. Una mina en Australia representa 1 / 3 de la potencial producción mundial mundial.

(Nota:laescalaverticaldelagráficanocomienzaencero,daunaapariencialigeramentedistorsionada.Lagráficadetamañocompletoes aquí )

Debido a que los capacitores electrolíticos de tantalio pueden ser mucho más pequeños que los capacitores electrolíticos de aluminio de la misma capacidad y tienen niveles de voltaje más altos, se usan en casi todos los teléfonos celulares y en otros equipos electrónicos portátiles.

Diseñé en un par de 1000 µF "tants" en un producto hace un par de años, y recientemente el fabricante contratado nos contactó diciendo que el plazo de entrega de las piezas se había extendido a 16 semanas y pregunté si podía encontrar un sustituto. Como resultado de este ejercicio, en mi último diseño volví a los condensadores electrolíticos de aluminio de montaje en superficie, a pesar de que había una penalización de espacio significativa.

    
respondido por el tcrosley
3

Eche un vistazo a lo que realmente hay en un circuito integrado, incluido su embalaje. El silicio en sí es abundante (costoso refinarlo a alta pureza y buena estructura cristalina, pero no obstante abundante), pero ¿qué pasa con los elementos de dopaje usados para hacer semiconductores P y N? ¿Qué pasa con los LEDs? Esos no suelen ser de silicona y suelen contener galio, por ejemplo. ¿Qué sucede con las cerámicas especiales que se utilizan en los semiconductores que deben tener propiedades térmicas muy similares al silicio? Eche un vistazo a la composición de las diversas cerámicas de los condensadores cerámicos.

La electrónica tiene mucho más material que el cobre y el silicio.

    
respondido por el Olin Lathrop
3

No son necesariamente los chips de silicona de los que están hablando. El tantalio entra en los condensadores, el estaño en la soldadura, el litio en las baterías. El neodimio se introduce en pequeños imanes súper fuertes que sujetan la cubierta de su iPad o el adaptador de pared en su MacBook.

En el pasado, estos diversos componentes ya estaban hechos de elementos más abundantes en el pasado, pero los avances en la ciencia de los materiales permitieron grandes mejoras que en algunos productos (relativamente caros) valían el costo del material adicional. Compare un teléfono celular "brick" de Motorola de la década de 1980 con un iPhone y no solo los chips mejoraron dramáticamente. Los imanes pueden ser de hierro, las baterías pueden ser de plomo, los condensadores pueden ser de aluminio. Es solo que esos dispositivos son dramáticamente más grandes, más pesados o, de alguna otra forma, peores que sus contrapartes más modernas.

Últimamente se está cuestionando si valen la pena el costo humano, las vidas perdidas en la guerra y la esclavitud en torno a las minas congoleñas que se abastecen de tantalio, estaño y tungsteno. Otra pregunta es qué sucederá cuando China, fuente de la mayor parte del suministro mundial de elementos de tierras raras como el neodimio, reduzca las exportaciones para alimentar su propia capacidad de fabricación. (Respuesta: Molycorp está reabriendo una antigua mina en California).

Es un argumento comparable sobre si conducir un auto propulsado por petróleo es inmoral cuando las personas están luchando en las guerras por el petróleo. El problema no es tanto que el petróleo sea raro hoy en día, ya que su distribución agrupada en el planeta hace que concentrar la riqueza al monopolizar la producción sea más fácil que si se distribuyera de manera más equitativa. Por supuesto, podemos imaginar que los suministros se agotarán en unas pocas décadas, pero eso es un poco más lejos que los 5 a 15 años que la mayoría de las personas mantendrán en su próximo automóvil. Puede alimentar un automóvil con una máquina de vapor alimentada con carbón, o una planta eléctrica alimentada con carbón que carga baterías, o paneles solares que cargan baterías, pero la gasolina tiene la mejor combinación de características y precios en este momento en la medida en que la mayoría de los clientes que pagan. preocupado. Queda por verse si el grueso de la humanidad renunciará a la gasolina para los automóviles eléctricos antes de que cuesten menos. No muchas personas están abandonando su teléfono celular para volver a un teléfono fijo de línea rotativa, lleno de cobre y hierro, a pesar de que es más barato.

No es necesariamente el caso de que las cosas mejoren inexorablemente. Las baterías pueden fabricarse a partir de otros elementos que son órdenes de magnitud más abundantes, como el hierro y el sodio, pero es posible que esas baterías nunca tengan la energía por peso de una batería de litio. Es posible que en unos pocos siglos, una vez extraído el petróleo, el carbón, el litio, etc., la gente conduzca autos que tengan un alcance mucho menor que el actual, pero que se recarguen lo suficientemente rápido como para que no importe demasiado. Por otro lado, algo mejor puede suceder, o quién sabe, quizás todos seamos una videoconferencia para entonces.

Hay científicos trabajando en estos problemas, pero la ciencia material es un campo lento. Es muy difícil, si no imposible, modelar las propiedades macroscópicas de un nuevo material en una computadora. El progreso esencialmente viene a través de la prueba y el error educados. Incluso una vez que se comprende bien un nuevo material, es posible que el modelo teórico y las pruebas experimentales no se alineen perfectamente. Tratar de confeccionar nuevos materiales a partir de una lista de deseos de propiedades deseadas puede llevar décadas.

    
respondido por el Matt B.
3

Bueno, hay un montón de problemas comerciales alrededor de todo esto. De hecho, necesita muy pocos materiales de tierras raras en la electrónica de consumo (micro) moderna. Algunos dispositivos electrónicos dependen en gran medida de ellos (como algunos tiempos de láseres y LED), pero apenas consumen una cantidad significativa de la producción mundial. Además, el uso notable es para imanes permanentes.

Los principales usuarios de tierras raras son tipos especiales de acero y otros materiales utilizados en áreas espaciales / militares / nucleares (y obviamente nadie revelaría cuánto se usa allí por país).

También eche un vistazo aquí: enlace

    
respondido por el BarsMonster
0

¿Por qué los metales de las tierras raras son importantes para la electrónica?

Debido a que la misma propiedad llamada "tamaño iónico" hace que ambos metales:

  • extraordinariamente sabio eléctricamente
  • y geológicamente raro (que les dio el nombre)

Algunos valores especiales de relación de tamaño iónico con masa atómica para cada uno de estos elementos harán que sea difícil concentrarlos en la naturaleza y separarlos químicamente. La misma proporción hace que propiedades como la ferroelectricidad, el ferromagnetismo, la constante dieléctrica alta de los óxidos, etc. sean superiores a otros elementos menos raros con diferentes tamaños iónicos.

El alto costo de los elementos raros tiene una causa natural. Nota al margen: los elementos más raros y caros de la electrónica son "unobtanium" y "unffordium".

    
respondido por el user924

Lea otras preguntas en las etiquetas