なぜ希土類金属は電子工学にとって重要なのですか？

私はメディアで希土類金属の重要性について多くのことを聞いてきました（中国の輸出を制限する経済的観点から）シリコン、金、銅、アルミニウム、ゲルマニウムなどの一般的な要素？トランジスタなどのデジタルコンピュータのすべての構成要素は、それらなしで作成できるように思えますが、なぜすべての大騒ぎなのでしょうか？

私は記事のために少し掘り下げましたが、それらはすべて一般向けに書かれており、実際のコンポーネントではなくレアアースを必要とするデバイスのみを挙げています。

タンタルは希土類の1つではありませんが、金のような「遷移金属」の1つです。タンタルの不足（地球の地殻の1または2 ppm）および電子機器（タンタルコンデンサ）の主な用途は、この質問の範囲。

米国の最近の法律（2010年7月）では、企業はコンゴ民主共和国（DRC）から入手したタンタルを含む製品を使用しているかどうかを開示することを求めています。 その結果、他の生産者がゆっくりとオンラインに戻るにつれて、価格は急激に上昇しました。 オーストラリアの1つの鉱山は、世界の潜在的な生産量の1/3を占めています。

（注：グラフの垂直スケールはゼロから始まりません。わずかにゆがんだ外観になります。フルサイズのグラフはこちら）

電解タンタルコンデンサは同じ容量のアルミ電解コンデンサよりもはるかに小さく、電圧定格が高いため、ほとんどすべての携帯電話やその他の携帯電子機器で使用されています。

私は数年前に数千μFの「タント」で製品を設計しましたが、最近、契約メーカーから部品のリードタイムが16週間に延長されたとの連絡があり、代替品を見つけることができるか尋ねられました。この演習の結果、最新の設計では、スペースに大きなペナルティがありましたが、表面実装アルミニウム電解コンデンサに戻りました。

パッケージングなど、集積回路の実際の内容をご覧ください。シリコン自体は豊富です（高純度と良好な結晶構造に精製するには高価ですが、それでも豊富です）が、PおよびN半導体の製造に使用されるドーピング元素はどうですか？LEDはどうですか？それらは通常シリコンではなく、たとえばガリウムを含むことがよくあります。シリコンに近い熱特性を必要とする半導体に使用される特殊なセラミックはどうですか？セラミックコンデンサのさまざまなセラミックが何でできているかを見てみましょう。

エレクトロニクスには、銅やシリコンよりもはるかに多くの材料があります。

彼らが話しているのは、必ずしもシリコンチップではありません。タンタルはコンデンサに入り、スズははんだに入り、リチウムはバッテリーに入ります。ネオジムは、iPadのカバーまたはMacBookの壁アダプターを保持する非常に強力な小さな磁石に入ります。

これらのさまざまなコンポーネントは、多くの場合、過去に豊富な要素からすでに作られていましたが、材料科学のブレークスルーにより、一部の（比較的高価な）製品が追加の材料コストに見合った大きな改善が可能になりました。1980年代のMotorolaの「ブリック」携帯電話とiPhoneを比較してください。劇的に改善されたのはチップだけではありません。磁石は鉄製、バッテリーは鉛製、コンデンサーはアルミニウム製です。これらのデバイスは、最新のデバイスよりも劇的に大きく、重く、または他の何らかの形で悪いというだけです。

最近、これらが人的コストに見合うかどうかが疑問視されてきており、タンタル、スズ、タングステンを調達するコンゴの鉱山周辺で戦争と奴隷制で失われた命が失われています。別の問題は、ネオジムなどの希土類元素の世界供給のほとんどを調達する中国が、自社の製造能力を高めるために輸出を削減するとどうなるかということです。（回答：モリコープはカリフォルニアの古い鉱山を再開しています。）

これは、人々が石油をめぐって戦争をしているときに、石油を動力とする車を運転することが不道徳であるかどうかに匹敵する議論です。問題はそれほど多くありません。今日、石油は地球上にクラスター化されて分布しているため、生産を独占することで富を集中させることができます。もちろん、数十年以内に消耗品が枯渇することは想像できますが、それはほとんどの人が次の車を保持する5〜15年よりもかなり先のことです。石炭火力蒸気エンジン、またはバッテリーを充電する石炭火力発電所、またはバッテリーを充電するソーラーパネルで車に動力を与えることができますが、ガソリンはほとんどの有料顧客がいる限り、現時点で機能と価格の最良の組み合わせを持っています心配している。人類の大部分が電気自動車のガソリンを安くする前に見送るのかどうかはまだ不明です。

物事が容赦なく良くなるとは限りません。電池は、鉄やナトリウムなど、桁違いに豊富な他の要素から作成できますが、これらの電池はリチウム電池の重量あたりのエネルギーを持っていない場合があります。数世紀で、石油、石炭、リチウムなどが採掘された後、人々は現在よりもはるかに狭い範囲の車を運転する可能性がありますが、それはあまり重要ではないほど十分に速く充電されます。一方で、はるかに優れたものが登場するかもしれませんし、誰もが知っているかもしれません。

これらの問題に取り組んでいる科学者もいますが、物質科学は遅い分野です。コンピューターで新しい材料の巨視的な特性をモデル化することは、不可能ではないにしても非常に困難です。進歩は基本的に、教育を受けた試行錯誤によってもたらされます。新しい材料が十分に理解されたとしても、理論モデルと実験的テストが完全に一致しない場合があります。望ましい特性のウィッシュリストから新しい材料を調合しようとすると、数十年かかる場合があります。

まあ、これのすべての周りの取引騒ぎがたくさんあります。実際、現代の消費者向け（マイクロ）エレクトロニクスでは、希土類材料はほとんど必要ありません。実際、一部の電子機器はそれらに大きく依存しています（レーザーやLEDのようなものもあります）が、世界の生産量をほとんど消費しません。また、注目すべき用途は永久磁石です。

レアアースの主な使用者は、宇宙/軍事/核地域で使用される特殊なタイプの鋼鉄およびその他の材料です（そして明らかに、国ごとにどれだけ使用されているかは誰も明らかにしません）。

また、こちらもご覧ください：http : //en.wikipedia.org/wiki/Rare_earth_element#List

なぜ希土類金属は電子工学にとって重要なのですか？

「イオンサイズ」という名前の同じプロパティにより、この金属は次の両方になります。

• 電気的に賢い
• 地質学的にまれな（名前を付けた）

この各元素のイオンサイズと原子質量の比の特別な値は、自然にそれらを濃縮し、化学的に分離することを困難にします。同じ比率により、強誘電性、強磁性、酸化物の高誘電率などの特性が、イオンサイズの異なる他のあまり珍しくない元素よりも優れています。

希少元素の高コストには自然な原因があります。 サイドノート：エレクトロニクスの最も希少で最も高価な要素は、「ウノバタニウム」と「ウナファルジウム」です。