最近,同学们可能在很多新闻中看到,我国限制了锗、镓及锑等稀有材料的出口,维护我国在全球相关材料市场中的主导地位。那么,稀有金属都有哪些神奇功能,在工业生产中为何具有如此重要的作用?下面就让我们一起来了解一下吧。
镓:挺起“电子工业脊梁”
镓是一种低熔点、高沸点的稀有金属,有“电子工业脊梁”的美誉。含镓化合物广泛应用于半导体、5G通讯以及太阳能电池等领域。
镓的化合物是比硅更好的第三代半导体材料,能承受更高的电压和温度,同等功率的半导体体积更小。我们使用的各种充电器之所以充电速度越来越快,就是因为里面使用了氮化镓。我国最先进的有源相控阵雷达功率大,工作温度高,传统的硅材料无法承受。而使用氮化镓的有源相控阵雷达不仅可耐高温,而且体积大大缩小了,目前我国最先进战机已全面安装有源相控阵雷达。
镓元素在地球上的“丰度”极低,平均每吨地壳中,只含有15克镓,并且没有独立的矿床,都是附着在铝土矿中。想要提炼出镓,就必须大量提炼铝矿。而电解铝是一个非常耗电的工艺,每生产一吨铝,平均要消耗掉13543度电,平均四十万吨铝土矿才能提炼一吨镓。由此可见,镓的提炼有多难!
锗:让数据传输“飞”起来
锗是天然的优良半导体,在光纤通讯、红外光学、太阳能电池、核物理探测等领域应用颇多。用锗作为硅锗合金的添加剂,可以提高芯片的电子迁移率和频率响应,因此可以制造更高速和更低功耗的芯片。
添加了锗的光纤材料具有高折射率和低损耗特性,可使光信号在光纤中更快速传输。在太阳能电池中,用锗玻璃作为光电转换层的材料大大提升太阳能电池的光电转换率。由于含锗材料可以阻断可见光和紫外线,同时放红外线透过,这让锗材料成为了光电领域里的重要物资。
锗是一种不可再生、稀缺的分散元素,锗在地壳中的丰度仅为0.0007%。全球已探明的锗储量仅为8600吨,中国的锗储量占全球已探明储量的41%,并且我国的制锗工业水平世界领先。
锑:不可或缺的“工业味精”
锑元素在地壳中的含量仅0.0001%,锑与钨、锡、稀土并称中国的四大战略资源。锑的应用领域广泛,被形象地称为“工业味精”。
锑化物半导体在开发下一代小体积、轻重量、低功耗、低成本的器件方面具有不可替代的优势。它们在相控阵雷达、卫星通信、便携式移动装置等领域具有广泛的应用前景。
用锑化铟制造的红外检测器广泛应用于精确制导、搜索跟踪、侦察和光电对抗等军事系统。例如,军迷们很熟悉的红外格斗导弹,使用了锑化铟的红外线引导头能够更精确地锁定热源目标。
锑及其化合物常被用作高能阻燃剂,用于现代战斗机和远程战略导弹的发动机中,以增强发动机材料的耐高温性。
锑还可以增加金属的硬度和强度,因此广泛应用于枪管和炮管的制造。含锑铅基合金耐腐蚀,是生产化工泵、化工管道、电缆包皮的首选材料;锑与锡、铝、铜的合金强度高,极耐磨损,是制造轴承、轴衬及齿轮的绝好材料。