“铟”从何来?“铟”往何处?( 二 )


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图5铟镓合金的形成
(来源:https://haokan.baidu.com/v?vid=1140409826336110727&pd=bjh&fr=bjhauthor&type=video)
铟的其他物理化学性质 。
“铟”从何来?“铟”往何处?
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“铟”材荟聚——研发铟的应用
铟的应用领域涉及很广 , 由于熔点较低、良好的超导性能和耐腐蚀性等特点 , 因此被广泛应用于电子工业、航空航天、合金制造、太阳能电池新材料等高科技领域 。
“铟”从何来?“铟”往何处?
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图6铟的应用
中国50%以上的铟用于制作ITO(铟锡氧化物) , 少部分用作合金和LED(发光二极管)的制作 。 随着近年来新能源产业的发展 , 铟也被用于制作CIGS(铜铟镓硒) 。
“铟”从何来?“铟”往何处?
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图7中国铟消费历史与应用趋势图
“铟”从何来?“铟”往何处?】(数据来源:周艳晶 , 2021)
(1)ITO(铟锡氧化物)靶材
氧化铟和氧化锡粉末按一定比例混合后 , 加工成型 , 再经高温(1600℃)烧结形成的黑灰色陶瓷半导体 。
近年来 , 随着全球范围内显示器、触摸屏等广泛普及 , 越来越多的ITO靶材被消耗 。 这是因为用于制造显示器和触摸屏的ITO薄膜和ITO电极的重要原料是ITO靶材 。 此外 , ITO靶材也被经常用于飞机防雾玻璃、光学镀膜、核反应堆控制棒等“高”“精”“尖”领域 。
ITO靶材核心技术长期把持在日本与韩国大企业手里 。 2021年 , 郑州大学何季麟院士研发团队的不懈努力下 , 突破了我国ITO靶材被“卡脖子”关键技术 , 实现了高端应用由到1的突破 , 使我国终于拥有了“中国靶”!
图8ITO靶材
(来源:https://haokan.baidu.com/v?pd=wisenatural&vid=7886266237669575708)
(2)CIGS(铜铟镓硒)太阳能薄膜电池
吸收层由铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)、硒(Se)四种元素按照最佳比例构成的结晶薄膜太阳能电池 。
CIGS太阳能薄膜电池是国际光伏界的研究热点之一 , 其最大优点是光电转换效率高 。 可广泛应用于边远山区独立电站、农光互补、渔光互补等精准扶贫项目;也可实现光伏建筑一体化、大型地面光伏电站、城市园林景观、交通运输业等领域 。
随着绿色、清洁能源和5G技术的迅速发展 , CIGS太阳能薄膜电池越来越受到市场青睐 , 有望成为拉动铟消费的一个重要领域 。
图9CIGS太阳能薄膜电池介绍
(来源:https://v.qq.com/x/page/n0390amei9l.html)
(3)LED(发光二级管)
发光二极管 , 是一种能够将电能转化为光能的固体半导体器件 , 利用半导体芯片作为发光材料 。
LED有红、橙、黄、绿、蓝、紫、白等各种光色 , 具有体积小、耗电低、寿命长、亮度高、热量低、环保、耐用等优良的特点 。 主要由GaN(氮化镓)、InGaN(氮化铟镓)、InP(磷化铟)等材料制成 。
近年来 , 以InP(磷化铟)为代表的铟半导体产量迅速增加 , 未来在面部识别、探测等方面的应用范围也将不断扩大 , 或将大幅提升铟的需求量 。
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“铟”何而来——探索铟的来源
铟是一种稀散金属元素(刘英俊 , 1984) , 在地壳(0.056ppm)、洋壳(0.072ppm)、陨石(0.08ppm)以及海水(0.2~0.7ppb)中的含量极低(Rudnicketal.,2014) 。
受其地球化学性质的影响 , 铟很难形成独立的矿床 。 在世界范围内 , 当前还没有发现铟的独立矿床 , 常作为伴生矿产资源加以回收利用(涂光炽等 , 2004)(矿石中铟含量达到5~10ppm时即可考虑回收) 。