Углеродные материалы могут заменить большинство редких металлов

Многие редкие металлы дорогие, частично вредны для окружающей среды и все еще очень востребованы.

Однако их можно заменить в их основных областях применения альтернативой, основанной на углеродных наноматериалах.

Это стало результатом исследования специальной литературы двумя учеными-материаловедами Рикардом Арвидсоном и Бьорном Санденом из Шведского технического колледжа Чалмерс, 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.

Бериллий, сурьма, хром, кобальт, галлий, германий, золото, индий, ниобий, платина, серебро, тантал, олово и вольфрам, — 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.