Многие редкие металлы дорогие, частично вредны для окружающей среды, но все еще очень востребованы. Ученые видят повод для хороших новостей, пройдясь по специальной литературе.
От сурьмы до вольфрама — многие металлы встречаются на Земле сравнительно редко или их трудно добыть. В то же время они считаются незаменимыми для современных технологий. Но это может скоро измениться, надеются Рикард Арвидсон и Бьорн Санден из Шведского технического колледжа Чалмерс в Гетеборге: 13 из 14 таких металлов, похоже, можно заменить в их основных областях применения альтернативой, основанной на углеродных наноматериалах. По меньшей мере, согласно современному уровню техники.
Это стало результатом исследования специальной литературы двумя учеными-материаловедами, которое они опубликовали в «Journal of Cleaner Production — Журнал экологически чистого производства». Они исходят из того, что замена редких металлов на основе углеродной альтернативы является желательной, поскольку она, как правило, более экологична, дешевле и более пригодна для вторичной переработки.
Однако для большинства областей применения альтернативное замещение все еще находится на экспериментальной стадии. На самом деле к массовому производству не готова еще ни одна из альтернатив. Однако растущее число патентов на соответствующие технологии Арвидсон и Санден расценивают как признак того, что некоторые из них вскоре станут коммерчески интересными.
В частности, скоро может наступить время для индия. В настоящее время этот элемент используется в основном в прозрачных электродах, например, в сенсорных экранах. Альтернативно здесь можно было бы использовать графен. Этому посвящены 18 патентов и более 100 научных статей. Почти такая же ситуация с галлием. 80% мирового производства идет на производство светодиодов, интегральных схем, транзисторов и фотоэлементов для солнечных батарей. Восемь патентов и более 100 работ посвящены вопросу о том, как этот материал может быть заменен графеновыми и углеродными нанотрубками.
Оба исследователя отобрали 14 металлов из списка критических, опубликованных Европейским союзом, и из сопоставимого списка правительства США. Относительно часто встречающиеся элементы, включая к несчастью названные «редкоземельные элементы», они удалили. Остальные материалы используются не только в электронике, но также, например, в антипиренах, сплавах или токопроводящих и светопроводящих проводниках.
| Scarce metal | Abundance in Earth’s crust (ppm) | Annual global production (metric tonnes/year for 2015) | EU criticality and/or US conflict material | Current main application (approximate share) |
| Antimony (Sb) | 0.3 | 200 000 | EU | Flame retardants (60%) |
| Beryllium (Be) | 2 | 300 | EU | Conductive materials (40%) |
| Chromium (Cr) | 100 | 30 000 | EU | Corrosion protection (90%) |
| Cobalt (Co) | 20 | 100 000 | EU | Strong materials (40%) |
| Gallium (Ga) | 20 | 400 | EU | Semiconductor (80%) |
| Germanium (Ge) | 1 | 200 000 | EU | Optical fibers (30%) |
| Gold (Au) | 0.003 | 3000 | US | Jewellery (70%) |
| Indium (In) | 0.05 | 800 | EU | Transparent electrodes (60%) |
| Niobium (Nb) | 20 | 60 000 | EU | Alloys (90%) |
| Platinum (Pt) | 0.0004 | 200 | EU | Catalytic converters (50%) |
| Silver (Ag) | 0.07 | 30 000 | – | Electronics (20%) |
| Tantalum (Ta) | 1 | 1000 | US | Capacitors (20%) |
| Tin (Sn) | 2 | 300 000 | US | Solders (50%) |
| Tungsten (W) | 1 | 90 000 | EU, US | Strong materials (50%) |
Все они могут быть заменены графеном, углеродными нанотрубками или сферическими фуллеренами в соответствующих основных областях применения. Необычайные свойства этих материалов интенсивно исследуются на протяжении многих лет. К сожалению, настоящий прорыв еще впереди.
Единственным редким металлом в списке, который настойчиво защищает себя от замены, остается, кстати, золотом: 90% его попадает к ювелирам, а Арвидсон и Санден нашли «даже в Google» несколько случаев, когда углеродные наноматериалы были переработаны в ювелирные изделия.
Источник: http://www.spektrum.de/news/fast-alle-lassen-sich-durch-kohlenstoff-ersetzen/1503101