如果没有它,你在日常生活中的视觉享受将会大打折扣。中国掌握的丰富稀土资源在军事和工业方面具有很高的战略价值。其中有一种元素,是比稀土更稀有的金属。它的身影不仅出现在航空航天等高科技领域,也隐藏在我们日常生活中常见的手机显示屏里。它就是我今天要介绍的铟(In)。
铟(In)是第49号元素,化学性质与周期表中同族的铝和镓类似,在化合物中经常失去最外层的3个电子显+3价。
1863年,德国的赖希(Ferdinand Reich)和李希特(Hieronymous Theodor Richter)在研究闪锌矿时发现了铟元素。铟在地壳中的含量很低,比稀土元素更少,主要存在于铁闪锌矿(铟的含量为0.0001%~0.1%)以及其他多金属硫化物矿石中。中国是铟资源最丰富的国家,占全球铟矿产量的一半以上。
铟是一种非常柔软的银灰色金属,你可以用指甲轻易在表面留下划痕。铟的第一个重要应用始于二战。人们通过使用含铟的涂料,显著提高了飞机发动机轴承的使用寿命。铟元素走进我们的日常生活则源于上世纪末,科学家发现铟的一种氧化物——氧化铟锡(ITO)可用于制备透明又导电的薄膜。这种材料很快成为各种平板显示器及触摸屏中不可或缺的关键组件。
大家不要小看透明与导电这两种特性,这两种特性的结合对很多关键技术的实现至关重要。以手机的触摸屏为例,我们能感受到手机的屏幕是一层透明的硬质玻璃,但因为玻璃是绝缘体,单纯按压玻璃并不会触发电信号变化,也就无法实现触摸操作的功能。我们必须找到一种既有良好的导电性,本身又足够透明的薄膜材料。
ITO薄膜是目前综合性能最优秀的透明导电材料,但由于铟元素是一种稀有且越发昂贵的金属,同时ITO薄膜缺乏柔韧性,在大幅弯曲后导电性会急剧下降而无法应用在柔性显示屏,因此如何利用非稀缺资源制备透明导电材料,特别是可弯折的薄膜成为材料学领域的一个研究热点。面对全球铟资源越来越紧缺的大环境,中国应该保护好自身有优势的资源,同时开发高效、经济、环境友好的从废旧显示屏中回收铟的工艺。