为什么稀土金属对电子产品很重要？

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我已经在媒体上听到很多关于稀土金属的重要性的信息（从中国的经济角度出发，限制了其出口），但是其中一些实际上做了什么，使得稀土变得如此重要，以至于无法用更多的手段做到硅，金，铜，铝，锗等常见元素？似乎数字计算机的所有构成要素（如晶体管）都可以在没有它们的情况下制造，那么为什么大惊小怪？

我已经为文章做了一些挖掘，但是所有这些都是为一般大众编写的，仅列出需要稀土而不是实际组件的设备。

manufacturing

— 乌托邦有限公司
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您需要阅读一本书或参加半导体物理课程。在这种背景下，答案是显而易见的，没有这种背景，没有答案就足够了。

— 标记

旁注，金和铜如何进入“常见元素”列表？它们在我们将要用尽的所有列表的顶部附近。

— 标记

黄金是稀有金属，但它并不是稀土金属之一，因为它可以在更广泛的地区找到，而不仅仅是在中国。

— UtopiaLtd 2011年

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@Mark稀土在大多数半导体中是常见的掺杂剂吗？在此处的列表中：en.wikipedia.org/wiki/Rare_earth_element-将激光器列为一种应用，但对晶体管或IC的描述并不多。

— Bitrex

@Mark-您的第一个评论确实是该问题的最佳答案之一。也许不是现在的形式，而是“半导体物理学规定在以下应用中使用稀土金属：<简要清单>”形式，它是对该问题的最佳答案。我还不了解半导体物理学，所以我无法提供答案。

— 凯文·维米尔

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尽管钽不是稀土之一-它是像金一样的“过渡金属”之一-钽的稀缺性（地壳的1或2 ppm）以及电子产品（钽电容器）的主要用途与这个问题的范围。

美国最近的立法（2010年7月）要求公司披露其所使用的钽产品是否来自刚果民主共和国（DRC）。结果，价格急剧上涨，因为其他生产商逐渐恢复在线。澳大利亚的一处矿山占全球潜在全球产量的1/3。

资料来源：路透社

（注意：图表的垂直比例并非从零开始，它的外观略有失真。此处为完整尺寸的图表）

由于电解钽电容器可以比相同容量的铝电解电容器小得多，并且具有更高的额定电压，因此它们几乎用于所有手机和其他便携式电子设备中。

几年前，我在产品中设计了几对1000 µF的“电缆”，最近，合同制造商与我们联系，称零件的交货时间已延长到16周，并询问我是否可以找到替代产品。这项工作的结果是，尽管存在很大的空间浪费，但在我的最新设计中，我还是回到了表面贴装铝电解电容器。

— 克罗斯利
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当钽的交货时间超过42周并且价格急剧上涨时，我曾经从采购中得到类似的问题。由于您提到的原因（尺寸较小），几乎不可能使用铝。

— stevenvh 2011年

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铌曾被用作钽的替代品。这也不是钽供应第一次受到限制。我还记得在90年代发生的这种情况，这导致了小型SMD铝电容器，聚合物电解电容器，铌电容器和高密度多层陶瓷的发展。

— Mike DeSimone

@tcrosley-通知您Federico编辑了您的答案。如果您不喜欢，请回滚。（似乎没有自动通知编辑的内容）

— stevenvh 2011年

@stevenvh，感谢您的通知。Federico给出了关于该图的一个有效观点，与全尺寸图的链接对于那些难以查看我所嵌入的较小图的人来说非常有用。所以我离开。

— tcrosley 2011年

因此，实际上，可以不用它们，但是要以空间，重量，温度或能源效率为代价，这取决于要更换的元件的使用环境吗？

— UtopiaLtd

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看一看集成电路中的实际情况，包括其封装。硅本身很丰富（精炼到高纯度和良好的晶体结构很昂贵，但仍然很丰富），但是用于制造P和N半导体的掺杂元素又如何呢？LED呢？那些通常不是硅，并且通常包含镓。半导体中需要具有与硅非常匹配的热性能的特殊陶瓷又如何呢？看一下陶瓷电容器的各种陶瓷是由什么制成的。

电子材料比铜和硅要多得多。

— 奥林·拉斯罗普（Olin Lathrop）
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我知道其中涉及的元素更多，但我想我的问题是这些元素是否确实需要，或者是否有其他可行的替代方法不是稀土？

— UtopiaLtd

@utopialtd：如果有更好的选择，您是否认为会使用它们？之所以使用这些材料，是因为毕竟要进行权衡，它们是最佳答案。有些人可能有替代品，但他们可能不会与目前的技术以及工作，需要昂贵的再加工，等等

— 奥林莱思罗普

“硅本身很丰富”。“丰富”是轻描淡写的。普通沙子含有约1/3的硅。

— Federico Russo

硅的P＆N掺杂剂是无聊的硼/砷/磷。镓用于LED和其他东西。

— BarsMonster 2011年

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@Olin：“使用这些材料是因为毕竟要进行权衡，它们是最好的答案。” 但是，如果它们变得越来越昂贵，那么权衡就会改变。

— endlith 2011年

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他们所说的不一定是硅芯片。钽进入电容器，锡进入焊料，锂进入电池。钕会进入超强力的小磁铁中，这些磁铁会将盖子固定在iPad上或将墙上适配器固定在MacBook上。

在过去，这些不同的组件在很多情况下是由更丰富的元素制成的，但是材料科学的突破使得产品有了很大的改进，而在某些（相对昂贵）的产品中，它们值得而且值得额外的材料成本。将1980年代的摩托罗拉“砖头”手机与iPhone进行比较，不仅芯片的性能得到了显着提高。磁铁可以由铁制成，电池可以由铅制成，电容器可以由铝制成。只是这些设备比更现代的设备更大，更重或以其他方式更差。

最近，人们开始质疑这些问题是否值得付出人类的代价，因战争而生的生命以及刚果（金）钽，锡和钨矿的奴隶制的丧失。另一个问题是，随着中国（它从全球采购钕等稀土元素）的供应减少，将会削减出口量以增加自身的生产能力，将会发生什么。（答案：Molycorp正在重新开放加利福尼亚的一座老矿。）

当人们为石油而战时，驾驶以石油为动力的汽车是否不道德是一个可比的论点。问题不仅仅在于当今的石油稀缺，还在于其在地球上的聚集分布使得垄断生产比集中分配更容易，从而使财富集中起来。当然，我们可以想象到数十年之内用品会枯竭，但这远比大多数人保留下一辆车的5到15年要远。您可以使用燃煤蒸汽引擎为汽车提供动力，或为电池充电的燃煤电厂或为电池充电的太阳能电池板提供动力，但就目前大多数付费客户而言，汽油具有最佳的功能和价格组合关心。人类是否会在廉价之前放弃电动汽车的汽油，还有待观察。

事情必然会变得越来越好不一定。电池可由铁和钠等数量级更大的其他元素制成，但这些电池可能永远不会具有锂电池每单位重量的能量。有可能在几个世纪后，开采出石油，煤炭，锂等之后，人们将驾驶比今天少得多的续驶里程，但充电速度足够快，不要紧。另一方面，也许会有更好的事情发生，或者谁知道，到那时我们可能都会进行视频会议。

有研究这些问题的科学家，但是材料科学是一个缓慢的领域。如果不是不可能的话，很难在计算机中对新材料的宏观特性进行建模。进步本质上是通过有经验的反复试验来实现的。即使相当了解一种新材料，理论模型和实验测试也可能无法完美地结合在一起。尝试从所需特性的愿望清单中编造新材料可能需要数十年的时间。

— 马特·B。
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好吧，所有这一切都有交易大惊小怪。实际上，现代消费（微）电子学中几乎不需要稀土材料。某些电子设备确实确实严重依赖它们（例如有时使用激光和LED），但它们几乎不会消耗大量的世界生产量。另外，值得注意的是用于永磁体。