Индият в нашите смартфони

Съвременният свят има голяма нужда от редкоземни елементи, функциите на които не могат да бъдат поети от нито една друга суровина. По-точно казано, не могат да бъдат извършени достатъчно ефективно в сравнение с това, което имаме днес. А това съвсем не е малко - от битовата електроника до енергетиката и военната техника. Индият е един от тези елементи и е ключов компонент в производството на съвременните сензорни екрани за мобилните устройства.

На пръв поглед, да се прецени кога ще възникне недостиг от един или друг материал не е чак толкова сложно: просто пресмятаме колко от това вещество има в земната кора, делим това число на годишното потребление на индустрията и можем приблизително да разберем кога неговите запаси ще бъдат изчерпани.

Но повечето редкоземни елементи под повърхността на земята са в толкова малки количества - буквално следи, че определянето на техните запаси е на практика невъзможно. Освен това повечето известни залежи се намират на такива места, че техния добив е твърде труден и икономически неизгоден процес.

Така например, на дъното на Световния океан има огромни количества манган - стотици милиарди тонове. Но добивът на манган оттам струва колкото дълга космическа мисия и полученият по този начин редкоземен химически елемент няма да възвърне вложените в това начинание инвестиции. Процесът е твърде скъп и нерентабилен.

Добивът на другите редкоземни химически елементи често е свързана с работа с руда, съдържаща радиоактивен уран и торий. И тук процесът е много сложен, понеже е необходима специална обработка и съхранение на междинните продукти.

Това е и причината добивът на повечето от редкоземните елементи да не се извършва директно, а да е страничен продукт при добива на други ресурси. Тук ще се спрем върху редкоземния индий, който е мек сребрист химичен елемент, получаван чрез рафиниране на олово или цинк.

Според експертите, запасите от индий в земната кора са около 0,05 части на един милион. Той е по-разпространен от среброто, но е разхвърлен така широко по земната повърхност и разположен в толкова тънък слой, че не образува достатъчно високи концентрации за изграждането на отделни индиеви мини.

Всеки ден използваме индий

Индият се използва в на практика всички съвременни мобилни устройства. Когато се смеси с калай и кислород той се превръща в прозрачно вещество, което се използва в екраните на всички съвременни смартфони. Този оксид много добре провежда електрическия ток и едновременно с това е прозрачен. Именно това е необходимо за съвременните мобилни телефони. Но използването на индия започва много по-рано.

Между другото индият няма никаква връзка с Индия. Първоначално е изобретен спектроскопът, който е дал възможност на учените да различават химичните елементи един от друг чрез анализ на техния индивидуален спектър при нагряване. Германските химици Райх и Рихтер са изучавали спектъра на цинкова смес с цел да бъде намерен телур, но са се натъкнали на спектрална линия на метал със син цвят, която през 1863 година все още не е срещана. Нейният цвят "индиго" става причината този метал да бъде наречен индий.

Първоначално индият се използва като метал за покриване на различни повърхности, през 1930-те години започва неговото използване в промишлени мащаби в стоматологичните сплави, а по-късно и във военните самолети от времената на Втората световна война за защита от корозия на използваните в двигателите лагери.

Индият става наистина важен при производството на тънки филми, направени от сплав от индиев оксид и калай, познат като индиево-калаен оксид (ITO). Това е полупроводников материал, който е прозрачен за светлината от видимия спектър.

Сензорните екрани на различните мобилни устройства са направени подобно на сандвичи, в които се използва тази сплав. Тънък филм от индиево-калаен оксид се поставя между две тънки стъклени плоскости, като както вече казахме, този филм е прозрачен и провежда електрическия ток. Първото е важно, за да може потребителят да вижда през този полупроводник информацията от екрана, а второто - защото сензорният екран трябва да може да регистрира промените на напрежението на своята повърхност, когато човешките пръсти я докосват.

Кожата на човека доста добре провежда електрическия ток и когото докосва капацитивният екран се получава изтичане на ток. Контролерът регистрира промените на напрежението и изчислява координатите на точката на докосването.

През дългите години на усъвършенстване на тази технология сензорните екрани преминаха дълъг път от резистивните, при които се налагаше да се оказва натиск върху екрана, за да може провеждащите електрическия ток слоеве почти да се докоснат, до капацитивните. Едновременно с това намаля броят на слоевете в сензорните екрани, но самият принцип си остана същият - използва се филм от индиево-калаен оксид.

Това не е всичко. Тънки филми от тази сплав се използват антибликовете покрития, в някои дисплеи във вид на прозрачни проводници, в органичните светодиоди, в антистатичните покрития и за екраниране от електромагнитни смущения.

Забелязвали ли сте че предните стъкла пред пилотите на Airbus понякога изглеждат така, сякаш върху тях е текло масло. Всъщност тази преливаща дъга се създава от нанометров провеждащ електрическия ток слой от индиево-калаен оксид, който в случая се използва, за да не може това стъкло да замръзва при каквито и да било условия.

Телекомуникационните мрежи от ново поколение масово използват индий. По-точно, индиев фосфид. Така например компанията Infinera използва това химично съединение в основата на патентован нов технологичен материал за производство на фотонни чипове, които се използват в съвременните лазери и оптични приемници. По този начин става възможно бързия обмен на данни по оптични кабели на разстояние над 5000 км.

Ще има ли недостиг на индий?

Като се има предвид колко е важен този редкоземен химичен елемент, възникването на негов дефицит неизбежно ще доведе до повишаване на цената. Добивът на индий в световен мащаб е около 900 тона годишно, като над половината се осъществява в Китай. Добив на индий се извършва и в Канада, Южна Корея, Тайван и Япония. Какъвто и да било срив в неговия добив може да има катастрофални последствия върху цената на индия.

Специалистите в тази област прогнозират, че след 20, максимум 30 години получаваният в тези държави индий няма да достига при това непрекъснато увеличаващо се търсене на този метал. Очаква се, че тогава цената на индия ще започне да нараства и неговият добив ще стане икономически по-привлекателен. Най-вероятно ще бъдат създадени нови технологии за добив на този редкоземен елемент, който всички ние използваме всеки ден.