Indio, itrio … ¿para qué se utilizan los metales raros en nuestros teléfonos móviles?

Se denominan tantalio, hafnio, praseodimio o terbio: estos metales exóticos de creciente importancia estratégica son fundamentales en componentes de nuestros teléfonos como la pantalla táctil, los micrófonos o los transistores. Pero, ¿para qué sirven realmente?

Nuestros dispositivos digitales guardan tesoros. La electrónica de alta tecnología depende de una gran cantidad de metales que son muy diferentes al cobre, aluminio o acero que encontramos en la vida cotidiana. Esto plantea muchas preguntas, tanto ambientales como geopolíticas, desde las minas de cobalto en la República Democrática del Congo hasta la producción china de tierras raras, de las cuales Beijing amenaza con limitar la exportación en su guerra comercial con Estados Unidos.

Los fabricantes de teléfonos móviles no hablan mucho sobre los metales raros que se utilizan en sus productos. Intentamos recopilar información sobre el uso de estos elementos exóticos en la electrónica cotidiana.

¿Qué son los “metales raros”?

“Metales raros” es un nombre general que cubre la mayoría de los átomos en el medio de la tabla periódica de elementos. Eso hace varias decenas de materiales elementales. Algunos nombres, como cobalto todo azul o muy pesado tungsteno, son relativamente familiares para nosotros. Pero también hay cosas más sorprendentes, como la galio, este metal que se funde en la mano a la misma temperatura que el chocolate (30 ° C). Mencionemos entre otros nombres: el tantalio, el niobio, l ‘indio, el hafnio, o la paladio.

Los metales raros más conocidos son un grupo de 17 elementos llamados ” tierra extraña “. Estos fueron descubiertos por primera vez por el químico sueco Carl Axel Arrhenius en 1787 en una roca en el pueblo de Ytterby, en una isla cerca de Estocolmo. Representan un grupo de metales con propiedades bastante similares entre sí y, a veces, pueden usarse indistintamente en aleaciones.

Se trata de escandio, del’itrio (llamado así por el pueblo de Ytterby), y los 15 átomos de ” lantánidos” : el lantano, el cerio, el praséodyme, el neodimio, el prometeo, el samario, l ‘europio, el gadolinio, el terbio (de “Ytterby” eliminando dos letras), el disprosio, el holmio, l ‘erbio (“Ytterby” eliminando tres letras), el tulio, l ‘iterbio (lo tienes?) y el Lutécium. Entre ellos, destaca el prometio por ser radioactivo y extremadamente raro en su estado natural, con solo 500 gramos esparcidos por la corteza terrestre; sus usos son, por tanto, muy reducidos y especiales.

Al contrario de lo que sugiere su nombre, las tierras raras no son “raras” en la Tierra. El itrio es, por tanto, 400 veces más abundante en la corteza terrestre que la plata. Pero están muy dispersos y no vienen en forma de minerales fáciles de extraer. Pueden extraerse en minas de cobre, zinc o uranio, pero el proceso es muy caro y muy contaminante. Es por eso que casi solo China asume comenzar, con un monopolio de casi el 100% en el tratamiento de tierras raras a partir de minerales de otros metales.

¿Dónde podemos encontrarlo en nuestros teléfonos móviles?

Pantallas y LED

Las primeras pantallas táctiles fueron resistador, es decir, tenía que presionarlo físicamente con el dedo o con un lápiz óptico. Nuestros teléfonos móviles modernos tienen pantallas capacitivo , con un campo electrostático que reconoce las alteraciones provocadas por el simple contacto con la piel. Para que esto funcione, debe cubrir la pantalla con una película que conduzca la electricidad a la vez que es transparente. Esta película está hecha deóxido de indio y estaño (abreviado “ITO”), obteniéndose el indio a partir del mineral de zinc.

Un LED está hecho esquemáticamente de un chip semiconductor, montado en un marco de metal y encapsulado en una pieza de plástico transparente. El material semiconductor del chip suele ser un compuesto de galio (extraído del mineral de aluminio) y al menos otro átomo, que determinará el color “base” del LED. Conarsénico combinado con fósforo se obtiene una luz rojo anaranjado, mientras que con nitrógeno oindio, el LED aparece azul.

Pero para obtener colores realmente hermosos con un LED, debe cubrir el chip con polvos de fósforo. Y allí, no es solo fósforo. De hecho, los colores están hechos con diferentes cócteles de tierra extraña. El más común, el granate de itrio aluminio (“YAG”) dopado con cerio, se usa para hacer un color amarillo que podemos agregar por ejemplo en un LED azul (con indio) para que sea blanco. Otros fósforos en elitrio o en eleuropio permitir que se ponga rojo, mientras que eleuropio también se puede utilizar para azul y terbio en la luz verde. También podemos encontrar lantano y tu gadolinio.

Sonido y vibraciones

¿Qué tienen en común un micrófono, un altavoz y las vibraciones de un teléfono? Todas estas cosas necesitan imanes para funcionar. Ellos son los que, gracias a su fuerza de atracción, producen las vibraciones que pueden hacer temblar todo el dispositivo, o producir oscilaciones más finas que se pueden traducir en sonido.

Pero no se trata de usar los mismos imanes para esto que en su refrigerador. Necesitas imanes diminutos, potentes y, sobre todo, que no se debiliten con el tiempo. La solución más probada en esta área es una aleación de neodimio y praséodyme, también utilizado en motores eléctricos y turbinas de aerogeneradores. Esta mezcla también puede incluir un poco terbio o de disprosio. los tungsteno, que es dos veces más pesado que el acero, sirve como peso para amplificar las vibraciones.

Baterías

Las baterías omnipresentes en nuestros dispositivos son baterías de iones de litio. Por supuesto que hay litio, el metal más ligero del mundo, extraído en particular de Australia y los desiertos de sal de América del Sur. Pero normalmente también se necesita cobalto, bajo la forma dedióxido de litio y cobalto(LiCoO2), para formar el cátodo de la batería.

Circuito integrado

Un circuito integrado es una oblea de material semiconductor (generalmente silicio, a veces germanio) a cuya superficie están conectados transistores, pequeños componentes de tres patas que también contienen material semiconductor. Esto también se llama chip. Para hacer que el silicio sea conductor de electricidad solo en ciertos lugares, debe ser “dopado” agregando impurezas: fósforo, boro, arsénico, antimonio, pero tambiénindio o galio. En transistores que tienen que operar a muy alta frecuencia, como los que se utilizan para Wi-Fi, Bluetooth o 4G, el silicio se reemplaza porArsenius de Gallium o Silicio-germanio.

Con el lanzamiento de su generación de 45 nm en 2007, Intel comenzó a utilizar hafnio para aislar las puertas de sus transistores. Estos están interconectados en los circuitos impresos por películas de titanio y tungsteno. La miniaturización de chips empujaría a los fabricantes de semiconductores a reemplazar el cobre, que es cada vez menos práctico a nanoescala, por cobre. cobalto o rutenio.

Circuito impreso

Los circuitos impresos son placas de resina epoxi, a menudo de color verde, en las que los componentes se sueldan mediante pistas de cobre. loso y eldinero no siempre se clasifican como “metales raros”, pero hemos optado por mencionarlos por su importancia en la electrónica. Excelente conductor eléctrico, elo se encuentra por tanto en los circuitos impresos, constituyendo en particular los hilos de conexión entre el silicio y las clavijas de los diversos componentes. losdinero, está presente en la mayoría de las resistencias. Cantidades muy pequeñas de paladio, un metal de la familia del platino.

Finalmente, uno de los componentes frecuentes que se suelda en los circuitos impresos es el condensador, un pequeño tanque de energía eléctrica. Los condensadores estándar usan aluminio, pero son demasiado grandes para caber en un teléfono inteligente. Para hacerlos muy pequeños, usamos tantalio.

Todos estos metales con nombres extraños son, por tanto, vitales para nuestros teléfonos móviles. Pero también se utilizan para muchas aplicaciones avanzadas en química y medicina, así como para la mayoría de las energías limpias. Es una pena cuando sabemos que estos recursos son “ventas»Para ser explotado, ecológica y políticamente. De ahí su apuesta, que sin duda crecerá en el futuro.