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

He estado escuchando mucho en los medios de comunicación acerca de la importancia de los metales de tierras raras son (desde el punto de vista económico de China de limitar sus exportaciones), pero lo que hacen algunos de ellos realmente hacen que los hace tan esencial que no se puede hacer con más elementos comunes como el silicio, el oro, el cobre, el aluminio, el germanio, etc? Parece que todos los bloques de construcción de una computadora digital, tales como los transistores se pueden hacer sin ellos, así que ¿por qué todo el alboroto?

He excavado alrededor de un poco de artículos, pero todos aquellos que han escrito para el público en general y sólo el nombre de los dispositivos que requieren de tierras raras en lugar de componentes reales.

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Matt McMinn Puntos 6067

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

La legislación reciente en los estados unidos (julio de 2010) obliga a las empresas a revelar si están usando productos con tántalo obtenidos de la República Democrática del Congo (RDC). Como resultado, los precios han aumentado considerablemente como otros productores vienen lentamente de nuevo en línea. Una mina en Australia representa 1/3 del potencial global de la producción mundial.

Source: Reuters

(Nota: la escala vertical de la gráfica no empieza en cero, da un poco distorsionada mirada. Tamaño completo gráfico está aquí)

Porque electrolíticos de tantalio de los condensadores pueden ser mucho más pequeños que los condensadores electrolíticos de aluminio de la misma capacidad, y tienen una mayor tensión de las calificaciones, que se utilizan en casi todos los teléfonos celulares, y otros dispositivos electrónicos portátiles.

He diseñado en un par de 1000 µF "tants" en un producto que hace un par de años, y recientemente el fabricante por contrato en contacto con nosotros diciendo que el plazo de entrega de las piezas había extendido a 16 semanas y le pregunté si me podía encontrar a un sustituto. Como resultado de este ejercicio, en mi último diseño me fui de nuevo a la superficie de montaje condensadores electrolíticos de aluminio, aunque hubo un importante espacio de pena.

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RelaXNow Puntos 1164

Echa un vistazo a lo que está realmente en un circuito integrado, incluyendo su embalaje. De silicio en sí es abundante (caro para refinar alta pureza y buena estructura cristalina, pero que, no obstante abundante), pero lo que sobre el dopaje de los elementos que se utilizan para hacer que el P y el N de semiconductores? ¿Qué acerca de los LEDs? Esos no son generalmente de silicio, y a menudo contienen galio, por ejemplo. Lo especial de cerámica utilizados en los semiconductores que necesitan tener propiedades térmicas muy similar, silicio? Echa un vistazo a lo que los diversos cerámica de cerámica condensadores.

Hay mucho más material a la electrónica de cobre y silicio.

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Matt B. Puntos 2329

No son necesariamente los chips de silicio que están hablando. Tántalo entra en los condensadores, el estaño en la soldadura, de litio en las baterías. De neodimio va en super-fuerte pequeños imanes que sujetan la tapa en su iPad o el adaptador de pared en su MacBook.

Estos componentes fueron, en muchos casos, ya se hizo de más elementos abundantes en el pasado, pero la ciencia de los materiales avances permitido grandes mejoras que en algunos (muy caro) los productos han sido y son vale la pena el extra coste de material. Comparar un Motorola "ladrillo" teléfono móvil a partir de la década de 1980 en un iPhone y no sólo las fichas que mejoró dramáticamente. Los imanes pueden ser de hierro, las baterías pueden ser de plomo, los condensadores pueden ser de aluminio. Es sólo que esos dispositivos son mucho más grandes, más pesados o de alguna otra manera peor que sus homólogos modernos.

Últimamente se ha estado recibiendo preguntó si estos son vale la pena el costo humano, las vidas que se pierden a la guerra y a la esclavitud en todo el Congoleño de minas que es la fuente de tantalio, estaño y tungsteno. Otra pregunta es ¿qué pasará como China, que fuentes de la mayoría de la oferta de elementos de tierras raras, tales como el neodimio, recorta las exportaciones para alimentar su propia capacidad de fabricación. (Respuesta: Molycorp es la reapertura de una antigua mina en California).

Es una discusión comparable a si la conducción de un coche impulsado por el petróleo es inmoral cuando las personas están luchando en guerras por el petróleo. El problema no es tanto que el petróleo es raro hoy en día como que su distribución agrupada en todo el planeta hace que se concentra la riqueza por la monopolización de la producción más fácil que si se distribuye de manera más uniforme. Por supuesto que podemos imaginar suministros de secado hasta dentro de un par de décadas, pero que un poco más lejos que el de 5 a 15 años la mayoría de la gente va a mantener su próximo coche. Usted puede alimentar un coche con un carbón de la máquina a vapor, o un carbón planta eléctrica que carga baterías o paneles solares para cargar las baterías, pero la gasolina tiene la mejor combinación de características y precio en el momento, tan lejos como la mayoría de los clientes de pago se refiere. Queda por ver si la mayor parte de la humanidad va a renunciar a la gasolina para los coches eléctricos antes de que cuestan menos. No muchas personas están abandonando sus celulares para volver a un disco giratorio de teléfono fijo, lleno de cobre y de hierro, aunque es más barato.

No es necesariamente el caso de que las cosas inexorablemente mejor. Las baterías pueden ser hechos a partir de otros elementos que son órdenes de magnitud más abundantes, tales como el hierro y el sodio, pero las baterías no puede tener nunca la energía por peso de una batería de litio. Es posible que en un par de siglos, después del petróleo, el carbón, el litio, etc. se extraen, la gente va a conducir los coches que tiene mucho menos alcance que tienen en la actualidad, pero que recargar la suficiente rapidez que no importa demasiado. Por otro lado algo mucho mejor que pueden venir, o quién sabe, tal vez vamos a estar todos de videoconferencia por entonces.

Hay científicos que trabajan en estos problemas, pero la ciencia de materiales es un lento campo. Es muy difícil, si no imposible, para modelar las propiedades macroscópicas de un material nuevo en un equipo. El progreso en esencia viene a través de la educados de ensayo y error. Incluso una vez que el nuevo material se conocen bastante bien, el modelo teórico y experimental de las pruebas no se alinean perfectamente. Tratando de inventar nuevos materiales a partir de una lista de deseos de las propiedades deseadas puede tomar décadas.

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JFW Puntos 168

Bueno, hay un montón de comercio alboroto alrededor de todo esto. De hecho, se necesita muy poco raros los materiales de la tierra en el consumidor moderno (micro)de la electrónica. Algo de electrónica, de hecho, dependen en gran medida de ellos (como algunas veces de láser y Led), pero casi no consumen la cantidad significativa de la producción mundial. También, destaca el uso es para imanes permanentes.

Los principales usuarios de las tierras raras son tipos especiales de acero y otros materiales utilizados en el espacio/militar/áreas nucleares (y, obviamente, nadie iba a revelar cuánto es utilizada por país).

También, echar un vistazo aquí: http://en.wikipedia.org/wiki/Rare_earth_element#List

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